JP2022186712A - 関心対象特性を算出するメトロロジ装置及び方法 - Google Patents

関心対象特性を算出するメトロロジ装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 基板上の少なくとも１つの構造に関連する関心対象特性を算出するメトロロジ装置及び方法を提供する。【解決手段】 メトロロジ装置は、センサ及び光学系を含む。センサは、センサに当たる放射線の特性を検出する。光学系は、照明経路及び検出経路を含む。光学系は、照明経路を介して光源から受け取った放射線で少なくとも１つの構造を照明するように構成されている。光学系は、少なくとも１つの構造によって散乱された放射線を受けることと、受けた放射線を、検出経路を介してセンサまで伝搬させることと、を行うように構成されている。【選択図】図４

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、参照によって完全な形で本明細書に組み込まれている２０１７年１１月７日に出願された欧州特許出願公開第１７２００２６５．１号、２０１７年１１月２８日に出願された欧州特許出願公開第１７２０４１５８．４号、及び２０１７年１２月１５日に出願された欧州特許出願公開第１７２０７５８７．１号の優先権を主張するものである。
[0002] 本発明は、基板上の構造の関心対象特性を算出するメトロロジ装置に関する。本発明はまた、関心対象特性を算出する方法に関する。
[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に施すように構築された機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。リソグラフィ装置は、例えば、パターニングデバイス（例えば、マスク）にあるパターン（「デザインレイアウト」又は「デザイン」と呼ばれることも多い）を、基板（例えば、ウェーハ）上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層に投影し得る。
[0004] リソグラフィ装置は、基板にパターンを投影するために電磁放射を使用し得る。この放射の波長により、基板上に形成できるフィーチャの最小サイズが決まる。現在使用されている典型的な波長は、３６５ｎｍ（ｉ線）、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１３．５ｎｍである。波長が４～１００ｎｍの範囲、例えば６．７ｎｍ又は１３．５ｎｍである極端紫外線（ＥＵＶ）の放射を使用するリソグラフィ装置であれば、例えば、波長が１９３ｎｍである放射を使用するリソグラフィ装置よりも小さいフィーチャを基板上に形成することが可能である。
[0005] リソグラフィ装置の古典的な解像限界より小さい寸法を有するフィーチャをプロセスするために、低ｋ１リソグラフィが用いられ得る。そのようなプロセスでは、解像度の式は、ＣＤ＝ｋ１×λ／ＮＡで表され得、ここで、λは、使用される放射線の波長であり、ＮＡは、リソグラフィ装置の投影光学系の開口数であり、ＣＤは、「クリティカルディメンジョン」であり（一般には印刷される最小フィーチャサイズであるが、この場合にはハーフピッチ）、ｋ１は、経験的な解像度ファクタである。一般に、ｋ１が小さいほど、特定の電気的な機能性及び性能を達成するために回路設計者が計画した形状及び寸法に似せたパターンを基板上に複写することが困難になる。このような困難を克服するために、高度な微調整ステップがリソグラフィ投影装置及び／又はデザインレイアウトに適用され得る。そのようなステップとして、例えば、ＮＡの最適化、照明方式のカスタマイズ、位相シフトパターニング装置の使用、デザインレイアウトの様々な最適化、例えば、デザインレイアウトにおける光近接効果補正（ＯＰＣ（「光学及びプロセス補正」と呼ばれることもある））又は他の一般的に「解像度向上技術」（ＲＥＴ）と定義される方法があるが、これらに限定されない。代わりに、低ｋ１でのパターン複写を改善するために、リソグラフィ装置の安定性を管理する厳格管理ループが用いられ得る。
[0006] リソグラフィプロセスでは、作成された構造を（例えば、プロセスの管理及び検証の為に）頻繁に測定することが望ましい。そのような測定を行う様々なツールが知られており、例えば、走査電子顕微鏡や様々な形式のメトロロジ装置（例えば、スキャトロメータ）がある。メトロロジ装置は、基板上の、重なり合う２つの層の間のオーバーレイ値を算出するように動作可能であってよい。オーバーレイ値が期待される値からずれる場合、メトロロジ装置は、期待される値からのずれをオーバーレイエラーとしてレポートすることが可能である。
[0007] 目的は、既知のメトロロジ装置又は検査装置より優れた、効果的且つ効率的な、検査装置又はメトロロジ装置の為のソリューションを提供することである。
[0008] 本発明の一態様によれば、メトロロジ装置が、特許請求の範囲において定義されるように提供される。本発明の別の態様によれば、基板上の少なくとも１つの構造に関連する関心対象特性を算出する方法が、特許請求の範囲において定義されるように提供される。特許請求の範囲は、参照によって本明細書に組み込まれている。
[0009] 以下では、添付の概略図面を参照して、本発明の実施形態をあくまで例として説明する。
リソグラフィ装置の概略的概要を示す。 リソグラフィセルの概略的概要を示す。 ホリスティックリソグラフィの概略図を示し、半導体製造を最適化するための重要な３つの技術間の協調を表す。 メトロロジ装置の一実施形態を概略的に表した図である。 メトロロジ装置の第２の実施形態を概略的に表した図である。 基板上に製造可能であって、メトロロジ装置の実施形態によって検査可能な、幾つかの構造を概略的に表した図である。 メトロロジ装置のセンサで取得可能な像の一実施形態を示す図である。 メトロロジ装置の第３の実施形態を概略的に表した図である。 メトロロジ装置の第４の実施形態を概略的に表した図である。 オーバーレイ値を算出する為に基板上に製造される構造を概略的に表した図である。 ターゲットの実施形態の小区分を概略的に表した図である。 メトロロジ装置の照明瞳及び検出瞳を概略的に表した図である。 可撓及び／又は制御可能な照明瞳構成及び検出瞳構成の例を図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に概略的に示した図である。 可撓及び／又は制御可能な照明瞳構成及び検出瞳構成の別の例を図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に概略的に示した図である。 ターゲットの別の実施形態を概略的に示した図である。
[00010] 本明細書では、「放射」及び「ビーム」という用語は、あらゆるタイプの電磁放射を包含するように使用され、そのような電磁放射には、紫外線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍの波長を有する）並びにＥＵＶ／軟Ｘ線（例えば、約１～１００ｎｍの範囲の波長を有する極端紫外線）が含まれる。
[00011] 本明細書で使用される「レチクル」、「マスク」又は「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分に作成されるべきパターンに対応するパターン化された断面を、入射する放射ビームに提供するために使用可能な一般的なパターニングデバイスを意味するものとして広義に解釈され得る。これに関連して「ライトバルブ」という用語も使用される場合がある。古典的なマスク（透過型又は反射型のマスク、バイナリマスク、位相シフトマスク、ハイブリッドマスク等）に加えて、他のそのようなパターニングデバイスの例として、プログラマブルミラーアレイ及びプログラマブルＬＣＤアレイがある。
[00012] 図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。リソグラフィ装置ＬＡは、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射、ＤＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された（イルミネータとも呼ばれる）照明システムＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築されて、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続されたマスク支持部（例えば、マスクテーブル）Ｔと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築されて、特定のパラメータに従って基板支持部を正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された基板支持部（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば、１つ以上のダイを含む）ターゲット部分Ｃに投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳとを含む。
[00013] 稼働中、照明システムＩＬは、放射源ＳＯから（例えば、ビーム送達システムＢＤを介して）放射ビームを受ける。照明システムＩＬは、放射の誘導、整形及び／又は制御のために様々なタイプの光学コンポーネントを含み得、例えば屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型及び／又は他のタイプの光学コンポーネント又はこれらの任意の組み合わせを含み得る。イルミネータＩＬは、放射ビームＢがパターニングデバイスＭＡの面において所望の空間強度分布及び角度強度分布をその断面に有するように、放射ビームＢを調節するために使用され得る。
[00014] 本明細書で使用される「投影システム」ＰＳという用語は、様々なタイプの投影システムを包含するものとして広義に解釈されたい。そのようなシステムには、使用されている露光放射の必要に応じて及び／又は他の要因（例えば、液浸液の使用又は真空の使用）の必要に応じて、屈折型、反射型、反射屈折型、アナモルフィック型、磁気型、電磁型及び／又は静電光学型のシステム又はこれらの任意の組み合わせが含まれ得る。本明細書で「投影レンズ」という用語が使用されている場合、それらは、全てより一般的な用語である「投影システム」ＰＳと同義であると見なされ得る。
[00015] リソグラフィ装置ＬＡは、投影システムＰＳと基板Ｗとの間の空間を埋めるように、基板の少なくとも一部分が、屈折率が比較的高い液体（例えば、水）で覆われ得るタイプであり得、これは、液浸リソグラフィとも呼ばれる。液浸技術の詳細については、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第６９５２２５３号に示されている。
[00016] リソグラフィ装置ＬＡは、基板支持物ＷＴが２つ以上あるタイプ（「デュアルステージ」とも呼ばれる）であってもよい。そのような「複数ステージ」マシンでは、それらの基板支持物ＷＴは並行して使用されてよく、及び／又は、それらの基板支持物ＷＴの一方に載っている基板Ｗが、その基板Ｗにパターンを露光することに使用されている間に、他方の基板支持物ＷＴに載っている別の基板Ｗに対して、その別の基板Ｗのその後の露光の準備の手順が実施されてよい。
[00017] 基板支持物ＷＴに加えて、リソグラフィ装置ＬＡは測定ステージを含んでよい。測定ステージは、センサ及び／又はクリーニング装置を保持するように構成されている。センサは、投影システムＰＳの特性、又は放射ビームＢの特性を測定するように構成されてよい。測定ステージは複数のセンサを保持してよい。クリーニング装置は、リソグラフィ装置の一部、例えば、投影システムＰＳの一部、又は液浸液を供給するシステムの一部をクリーニングするように構成されてよい。測定ステージは、基板支持物ＷＴが投影システムＰＳから離れているときに、投影システムＰＳの下を動いてよい。
[00018] 稼働中は、放射ビームＢが、パターニングデバイス（例えば、マスク支持物Ｔ上に保持されたマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスＭＡ上にあるパターン（設計レイアウト）によってパターニングされる。放射ビームＢは、マスクＭＡを横断した後、投影システムＰＳを通り抜け、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にフォーカスさせる。第２のポジショナＰＷ及び位置測定システムＩＦの支援により、基板支持物ＷＴは正確に動くことが可能であり、例えば、様々なターゲット部分Ｃが、放射ビームＢの経路中のフォーカス及びアライメントされる位置に位置決めされるように正確に動くことが可能である。同様に、パターニングデバイスＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めする為に、第１のポジショナＰＭと、場合によっては別の位置センサ（これは図１に明示されていない）とが使用されてよい。パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用してアライメントされてよい。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、図示されたように専用ターゲット部分を占有するが、ターゲット部分間の空間に配置されてよい。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、ターゲット部分Ｃ間に配置される場合には、スクライブラインアライメントマークと呼ばれる。
[00019] 図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセルＬＣ（リソセル又は（リソ）クラスタと呼ばれることもある）の一部をなし得、リソグラフィセルＬＣは、基板Ｗに対して露光前プロセス及び露光後プロセスを実施するための装置も含むことが多い。従来、そのような装置として、レジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像するデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨ及びベークプレートＢＫ（これらは、例えば、基板Ｗの温度を調節するものであり、それは、例えば、レジスト層中の溶剤を調節するために行われる）がある。基板ハンドラ（即ちロボット）ＲＯが基板Ｗを入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２からピックアップし、それらの基板Ｗを様々なプロセス装置間で動かし、それらの基板Ｗをリソグラフィ装置ＬＡのローディングベイＬＢまで送達する。リソセル内のデバイスは、まとめてトラックと呼ばれることも多く、典型的にはトラック制御ユニットＴＣＵの管理下にあり、トラック制御ユニットＴＣＵ自体は、監視制御システムＳＣＳによって制御され得、監視制御システムＳＣＳは、リソグラフィ装置ＬＡも（例えば、リソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介して）制御し得る。
[00020] リソグラフィ装置ＬＡによって露光される基板Ｗが正確且つ確実に露光されるために、基板を検査して、パターン形成された構造の特性、例えば連続する層間のオーバーレイエラー、線の太さ、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）等を測定することが望ましい。そのため、検査ツール（図示せず）がリソセルＬＣに含まれ得る。エラーが検出された場合、例えば、連続する基板の露光又は基板Ｗに対して実施されるべき他のプロセスステップに対する調節が行われ得、これは、特に同じバッチ又はロットの他の基板Ｗが引き続き露光又はプロセスされる前に検査が行われる場合に行われ得る。
[00021] メトロロジ装置と呼ばれることもある検査装置は、基板Ｗの特性を測定するために使用され、特に異なる複数の基板Ｗの特性がどのようにばらつくか、又は同じ基板Ｗの異なる複数の層に関連付けられた特性が層ごとにどのようにばらつくかを測定するために使用される。検査装置は、代わりに、基板Ｗ上の欠陥を識別するように構築され得、例えばリソセルＬＣの一部分であり得るか、又はリソグラフィ装置ＬＡに組み込まれ得るか、又はスタンドアロン装置であり得る。検査装置は、潜像（露光後のレジスト層内の像）に関する特性、又は半潜像（露光後ベーク工程ＰＥＢ後のレジスト層内の像）に関する特性、又は現像されたレジスト像（レジストの露光部分又は非露光部分が除去されている）に関する特性、又は更に（エッチング等のパターン転写工程後の）エッチングされた像に関する特性を測定し得る。
[00022] 典型的には、リソグラフィ装置ＬＡにおけるパターニングプロセスは、基板Ｗ上の構造の寸法決定及び配置に高い精度を必要とする、処理のなかで最もクリティカルなステップの１つである。この高い精度を確保するために、図３に概略的に示されるように、３つのシステムをいわゆる「ホリスティック」管理環境として組み合わせ得る。これらのシステムの１つは、リソグラフィ装置ＬＡであり、これは、メトロロジツールＭＴ（第２のシステム）及びコンピュータシステムＣＬ（第３のシステム）と（仮想的に）接続される。そのような「ホリスティック」環境の鍵は、これらの３つのシステム間の協調を最適化して、プロセスウィンドウ全体を強化し、厳格管理ループを実現することにより、リソグラフィ装置ＬＡによって実施されるパターニングがプロセスウィンドウ内にとどまるようにすることである。プロセスウィンドウは、プロセスパラメータ（例えば、ドーズ、フォーカス、オーバーレイ）の範囲を規定し、この範囲内で特定の製造プロセスが規定の結果（例えば、機能する半導体デバイス）を産出し、典型的には、この範囲内でリソグラフィプロセス又はパターニングプロセスのプロセスパラメータが変動し得る。
[00023] コンピュータシステムＣＬは、パターニングされるデザインレイアウト（の一部）を使用することにより、何れの解像度向上技術を使用すべきかを予測することが可能であり、且つ計算機リソグラフィのシミュレーション及び計算を実施して、パターニングプロセスのプロセスウィンドウ全体の最大化を達成するマスクレイアウト及びリソグラフィ装置設定を決定することが可能である（図３において第１のスケールＳＣ１の両方向矢印で示されている）。典型的には、解像度向上技術は、リソグラフィ装置ＬＡのパターニング可能性に適合するように用意される。コンピュータシステムＣＬは、プロセスウィンドウ内の何れの箇所でリソグラフィ装置ＬＡが現在動作しているかを（例えば、メトロロジツールＭＴからの入力を使用して）検出することにより、（例えば、準最適な処理のために）欠陥が存在する可能性があるかどうかを予測することが更に可能である（図３において第２のスケールＳＣ２の「０」を指す矢印で示されている）。
[00024] メトロロジツールＭＴは、正確なシミュレーション及び予測を可能にする入力をコンピュータシステムＣＬに与えることが可能であり、（例えば、リソグラフィ装置ＬＡの較正ステータスにおいて）起こり得るドリフトを識別するフィードバックをリソグラフィ装置ＬＡに与えることが可能である（図３において第３のスケールＳＣ３の複数の矢印で示されている）。
[00025] リソグラフィプロセスでは、作成された構造を（例えば、プロセスの管理及び検証のために）頻繁に測定することが望ましい。そのような測定を行うツールは、一般にメトロロジツールＭＴと呼ばれる。
[00026] そのような測定を行うメトロロジツールＭＴとして様々なタイプが知られており、例えば走査電子顕微鏡又は様々な形式のスキャトロメータメトロロジツールＭＴがある。スキャトロメータは、リソグラフィプロセスのパラメータの測定を可能にする多目的計器であり、測定は、スキャトロメータの対物レンズの瞳若しくは瞳に対する共役面にセンサを有すること（通常、瞳ベースの測定と呼ばれる測定）により、又は像面若しくは像面に対する共役面にセンサを有すること（この場合、通常、像ベース若しくはフィールドベースの測定と呼ばれる測定）により行われる。そのようなスキャトロメータ及び関連する測定技術については、参照によって全体として本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１００３２８６５５号、同第２０１１１０２７５３Ａ１号、同第２０１２００４４４７０Ａ号、同第２０１１０２４９２４４号、同第２０１１００２６０３２号又は欧州特許出願公開第１，６２８，１６４Ａ号に詳述されている。上述のスキャトロメータは、軟Ｘ線及び可視波長～近赤外波長の範囲の光を使用して格子を測定することが可能である。
[00027] 第１の実施形態では、スキャトロメータＭＴは、角度分解スキャトロメータである。そのようなスキャトロメータでは、格子の特性を再構築又は計算する再構築方法が測定信号に適用され得る。そのような再構築は、例えば、散乱する放射線とターゲット構造の数学モデルとの相互作用をシミュレーションし、シミュレーション結果を測定結果と比較することの結果であり得る。数学モデルのパラメータは、相互作用のシミュレーションにより、実際のターゲットから観察された回折パターンと同様の回折パターンが生成されるまで調節される。
[00028] 第２の実施形態では、スキャトロメータＭＴは、分光スキャトロメータＭＴである。そのような分光スキャトロメータＭＴでは、放射線源から放射された放射線がターゲットに向かい、ターゲットから反射又は散乱した放射線がスペクトロメータ検出器に向かい、スペクトロメータ検出器が、鏡面反射した放射線のスペクトルを測定する（即ち強度を波長の関数として測定する）。このデータから、検出されたスペクトルを引き起こしているターゲットの構造又はプロファイルを再構築することが可能であり、この再構築は、例えば、厳密結合波理論及び非線形回帰により、又はシミュレーションされたスペクトルのライブラリとの比較により可能である。
[00029] 第３の実施形態では、スキャトロメータＭＴは、エリプソスキャトロメータである。エリプソスキャトロメータは、偏光状態のそれぞれについて、散乱した放射線を測定することによってリソグラフィプロセスのパラメータを決定することを可能にする。そのようなメトロロジ装置は、偏光光（例えば、直線偏光光、円形偏光光又は楕円偏光光）を、例えばメトロロジ装置の照明セクションにおいて適切な偏光フィルタを使用して放射する。メトロロジ装置に好適な源は、偏光放射線も同様に提供可能である。既存のエリプソスキャトロメータの様々な実施形態は、参照によって全体として本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第１１／４５１，５９９号、同第１１／７０８，６７８号、同第１２／２５６，７８０号、同第１２／４８６，４４９号、同第１２／９２０，９６８号、同第１２／９２２，５８７号、同第１３／０００，２２９号、同第１３／０３３，１３５号、同第１３／５３３，１１０号及び同第１３／８９１，４１０号に記載されている。
[00030] スキャトロメータＭＴの一実施形態では、スキャトロメータＭＴは、アライメントがずれた２つの格子又は周期構造のオーバーレイを測定するように適合されており、この測定は、反射スペクトル及び／又は検出構成における、オーバーレイの程度に関連付けられる非対称性を測定することによって行われる。この２つの（典型的には一部が重なり合っている）格子構造は、異なる２つの層（必ずしも連続する層ではない）において施され得、ウェーハ上のほぼ同じ位置に形成され得る。スキャトロメータは、非対称性があれば明確に識別可能であるように（例えば、共有されている欧州特許出願公開第１，６２８，１６４Ａ号に記載されているような）対称検出構成を有し得る。これは、格子のアライメントのずれを測定する直接的な方法を提供する。ターゲットとしての及び周期構造の非対称性により測定される周期構造を含む２つの層間のオーバーレイエラーの更なる例は、参照によって全体として本明細書に組み込まれる国際公開第２０１１／０１２６２４Ａ１号又は米国特許出願公開第２０１６０１６１８６３Ａ１号に記載されている。
[00031] スキャトロメータＭＴの更に別の実施形態では、スキャトロメータＭＴは、０次回折放射線をブロックすることと、１次以上の回折放射線に基づいて像を形成することと、を行うように適合されており、この像は、ウェーハ上にある構造を解像しない。そのような装置は暗視野メトロロジ装置であり、暗視野セットアップでの回折ベースのメトロロジの例が、参照によって完全な形で本明細書に組み込まれている国際公開第２００９／０７８７０８Ａ１号及び同第２００９／１０６２７９Ａ１号に記載されている。米国特許出願公開第２００６／００９８１９９Ａ１号も、参照によって完全な形で本明細書に組み込まれている
[00032] 他の関心対象パラメータとして、フォーカス及びドーズがあり得る。フォーカス及びドーズは、参照によって全体として本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１１－０２４９２４４号に記載されているように、スキャトロメトリによって（又は代わりに走査電子顕微鏡によって）同時に特定可能である。フォーカスエネルギマトリックス（ＦＥＭ（フォーカス露光マトリックスとも呼ばれる））の各点について、クリティカルな寸法測定値及び側壁角度測定値の固有の組み合わせを有する単一構造が使用され得る。これらのクリティカルな寸法及び側壁角度の固有の組み合わせが利用可能であれば、これらの測定値からフォーカス及びドーズの値を一意に特定することが可能である。
[00033] メトロロジターゲットは複合格子の集合体であってよく、これらは、リソグラフィプロセスによって、大抵はレジスト中に形成されるが、例えば、エッチングプロセスの後にも形成される。典型的には、格子の構造のピッチ及び線幅は、メトロロジターゲットから来る次数の回折放射線を捕捉することが可能であるように、測定波長及び／又は測定用光学系（特に光学系のＮＡ）に強く依存する。前述のように、回折信号は、２つの層の間のシフト（「オーバーレイ」とも呼ばれる）を算出する為に使用されてよく、或いは、リソグラフィプロセスによって生成された元の格子の少なくとも一部を再構築する為に使用されてよい。この再構築は、リソグラフィプロセスの品質の指針を与える為に使用されてよく、且つ、リソグラフィプロセスの少なくとも一部を管理する為に使用されてよい。ターゲットは、ターゲットにおける設計レイアウトの機能部分の寸法を模倣するように構成された、より小さい小区分を有してよい。この小区分により、ターゲットの挙動は、設計レイアウトの機能部分によりよく似たものになり、それによって、プロセスパラメータの測定値全体が設計レイアウトの機能部分によりよく似る。ターゲットは、充填不足の状態でも過充填の状態でも測定可能である。充填不足の状態では、測定ビームによって生成されるスポットは、ターゲット全体より小さい。過充填の状態では、測定ビームによって生成されるスポットは、ターゲット全体より大きい。そのような過充填の状態では、別々のターゲットを同時に測定することによって、別々のプロセスパラメータを同時に算出することが可能になることもある。そのような複数ターゲット測定の一例が、参照によって完全な形で本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２０１２０１２３５８１Ａ１号に記載されている。
[00034] 特定のターゲットを使用するリソグラフィパラメータの全体的な測定品質は、少なくとも部分的には、このリソグラフィパラメータの測定に使用される測定レシピによって決まる。「基板測定レシピ」という用語は、測定自体の１つ以上のパラメータ、測定された１つ以上のパターンの１つ以上のパラメータ又はその両方を包含し得る。例えば、基板測定レシピで行われる測定が回折ベースの光学的測定であれば、この測定のパラメータの１つ以上は、放射線の波長、放射線の偏光、基板に対する放射線の入射角、基板上のパターンに対する放射線の方位等を含み得る。測定レシピを選択する際の基準の１つは、例えば、何れかの測定パラメータの、プロセス変動に対する感受性であり得る。更なる例は、参照によって全体として本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１６０１６１８６３Ａ１号及び未公開の米国特許出願第１５／１８１，１２６号に記載されている。
[00035] 図４は、メトロロジ装置の一実施形態４００を概略的に表した図である。このメトロロジ装置は、図３のメトロロジ装置ＭＴであってよい。本文書では、メトロロジ装置という用語は、検査装置という用語と区別なく用いられる。
[00036] メトロロジ装置４００は、基板ＳＵＢ ４５０上の少なくとも１つの構造ＳＴＲ ４６０に関連する関心対象特性を算出する為の装置である。関心対象特性は、基板４５０上の構造４６０に関して１つ以上の値を決定するものであってよい。関心対象特性はまた、基板４５０上の構造４６０の、期待される構造からのずれであってよい。関心対象特性はまた、基板４５０上の構造４６０の有無と、そのような構造の期待される有無との比較であってよい。関心対象特性はまた、基板４５０上の構造４６０の方位を決定するもの、又は構造４６０の表面の傾斜を決定するもの等であってよい。
[00037] メトロロジ装置は、センサＳＮＳ ４４０及び光学系４２０を含む。センサ４４０は、光学系４２０によってセンサ上に伝搬される放射線の特性を検出するものである。センサ４４０は、センサ４４０に当たった放射線の像を生成することが可能な画素のアレイを含んでよい。センサ４４０は、光学系の像面、又は像面の共役面に配置されてよい。
[00038] センサ４４０は、当たった放射線の像を記録するように構成されてよい。センサ４４０はまた、信号対ノイズ比が０．１超、又は任意選択で１超、又は任意選択で１０超である像を記録するように構成されてよい。センサはＣＣＤカメラを含んでよく、ＣＣＤカメラの積分時間は１秒未満であり、任意選択で５００マイクロ秒未満である。センサの捕捉時間は、少なくとも積分時間を含んでよく、更には、信号処理の時間、及び／又は、取得された像を、例えば、算出システム４７０に送る時間を含んでよい。一実施形態では、センサ４４０が像を捕捉するように動作するのは、即ち、センサ４４０の捕捉時間は、受信信号が閾値を上回るまでである。一般に、センサ４４０は、最大時間以内に信号対ノイズ比が十分高い像を取得するように構成されてよく、その像がパターン認識アルゴリズムで処理されて、期待される構造に類似の構造が像中に検出されてよい。
[00039] センサは、ロックイン検出に基づいてもよい。
[00040] メトロロジ装置はまた、光源４１０によって生成された放射線を所定のパターンに従って変調し、それによって、構造４６０に当たる放射線を変調することによって、ノイズを抑えるように構成されてよい。その後、センサ４４０に向けて伝搬される放射線は、その最も大きい部分がやはりその所定パターンに従って変調され、任意に存在するノイズはそのパターンに従って変調されないことが見込まれる。それによって、センサ４４０及び／又は算出システム４７０は、所定の変調パターンを有する信号を記録及び／又は分析するだけで、ノイズと、基板上の構造４６０から発生した信号とを区別することが可能である。
[00041] 光学系４２０は、照明経路及び検出経路を含む。光学系４２０は、照明経路を介して光源ＳＲＣ ４１０から受け取った放射線で少なくとも１つの構造を照明するように構成されている。光学系４２０は、少なくとも１つの構造４６０によって散乱された放射線を受けることと、受けた放射線を、検出経路を介してセンサ４４０まで伝搬させることと、を行うように構成されている。
[00042] 光学系４２０は、基板４５０上の少なくとも１つの構造４６０をセンサ４４０上に結像するように構成されている。任意選択で、光学系４２０及び／又はセンサ４４０の精度及び解像度は、センサ４４０上に形成され、及び／又はセンサ４４０によって記録される像において構造４６０のフィーチャが個別に識別可能である程度である。このことは、例えば、光学系４２０の各光学素子の配置が、フィーチャをセンサ４４０上に結像するのに十分な精度であることを意味すると考えられてよい。このことは、センサ４４０によって記録される像においてフィーチャが識別可能であるように、光学系４２０の各光学素子が十分な精度であること（例えば、収差が小さいこと）を意味すると考えられてよい。このことは、センサ４４０の解像度が、センサ４４０上で構造４６０の個々のフィーチャを識別するのに十分であることを意味すると考えられてよい。従って、センサ４４０上で適切な数の画素が利用可能であり、センサ４４０の画素の感度は十分である。このことはまた、構造の個々のフィーチャがセンサ４４０の１つ以上の画素上に結像されるように、光学系４２０が構造４６０のフィーチャの像を拡大又は縮小することを意味すると考えられてよい。
[00043] 一実施形態では、光学系４２０が高ＮＡレンズを含むか、光学系４２０が全体として高ＮＡである。結像系（例えば、光学系４２０）の解像度は、センサ４４０で観測される光、又は光源４１０によって生成される光の波長に比例し、アッベ回折限界
Figure 2022186712000002
 で示されるように、その対物レンズのサイズに反比例する。但し、ＮＡは対物レンズの開口数であり、ｄは、光学系４２０でフォーカスされる光によって形成されるスポットの半径である。像の形成の為に、スポットサイズは、結像される個々のフィーチャより小さくてよい。好ましい一実施形態では、光学系４２０は高ＮＡレンズを含む。一実施形態では、ＮＡは０．７である。一実施形態では、ＮＡは０．８である。一実施形態では、ＮＡは０．９である。一実施形態では、ＮＡは０．９５超である。一実施形態では、光学系４２０と構造４６０との間に特定の物質が存在し、ＮＡは１超である。特定の物質の例として、ＮＡを大きくしうるガスや、水等の流体がある。
[00044] なお、照明開口数と検出開口数には識別可能な違いがあってよい。照明開口数は、基板４５０の構造４６０に当たる照明放射線のビームの開口数である。この照明開口数は、光学系４２０のうちの、構造４６０に最も近いレンズ４２４がサポートする開口数より大幅に小さくてよく、これは、照明ビームが、光学系４２０のうちの、構造に最も近いレンズ４２４の一部分しか使用しない場合がある為である。一実施形態では、照明開口数は、０．５より小さく、或いは任意選択で０．２より小さく、或いは任意選択で０．１より小さく、或いは任意選択で０．０５より小さい。一実施形態では、検出開口数は可能な限り大きい。検出開口数は、どれだけの大きさまでの回折角度であれば光学系４２０によって捕捉されうるか、且つ、センサ４４０に向けて伝搬されうるかを規定する。ここまでの段落では、説明された開口数（ＮＡ）は検出開口数に関連しており、従って、光学系のうちの、構造４６０に最も近いレンズ４２４の開口数に、かなりの程度まで関連している。
[00045] メトロロジ装置４００は、散乱した放射線の０次回折放射線の、センサ４４０に向かう伝搬を阻止するように構成されている。図４に示されるように、放射線は、基板４５０に垂直な角度で構造４６０に当たる。構造４６０は放射線を散乱させ、その結果、０次回折が基板４５０に垂直な角度で光学系４２０に向かう方向になり、±１次回折が両方とも０次回折に対して或る角度で光学系４２０の方向になる。更なる高次の回折が、基板４５０から離れる方向に伝搬しうる。明確にする為に、これらの高次回折は図示されていない。光学系にはブロック素子４２８が存在してよく、ブロック素子４２８は、０次回折をブロックし、０次回折の放射線がセンサ４４０に向かって伝搬するのを防ぐ。
[00046] 光学系は、第１の動作モード及び第２の動作モードで動作してよい。第１の動作モードでは、ブロック素子は第１の位置において制御可能であり、そこではブロック素子は、散乱した放射線の０次回折の、センサ４４０に向かう伝搬をブロックする。第２の動作モードでは、ブロック素子は別の（第２の）位置にあり、そこではブロック素子は、０次回折の、センサ４４０に向かう伝搬をブロックしない。
[00047] 任意選択で、ブロック素子４２８は、瞳面、又は瞳面の共役面に存在する。０次回折をブロックすることの重要な効果の１つは、０次回折がブロックされない場合にセンサ４４０上の像に存在することになるＤＣレベルが大幅に低減されて、像のコントラストが向上することである。
[00048] 図４の例では、照明経路と検出経路は一部が重なり合っている。光学系４２０にはビームスプリッタ素子４２６があり、これは、光源４１０から発せられた放射線を基板４５０上の構造４６０に向けて反射し、構造４６０によって散乱された放射線がセンサ４４０に向かって伝搬することを可能にする。
[00049] 光学系４２０は１つ以上のレンズ４２２、４２４を含んでよい。１つ以上のレンズ４２２、４２４は、光源４１０からの放射線を構造４６０上のスポットにフォーカスさせるように構成されており、１つ以上のレンズ４２２、４２４は、少なくとも１つの構造４６０によって散乱された放射線をセンサ４４０に向けて伝搬させるように構成されている。任意選択で、１つ以上のレンズ４２２、４２４は、少なくとも１つの構造４６０の像をセンサ４４０上に生成するように配置されてよい。
[00050] 構造４６０の個々のフィーチャをセンサ上に結像する為には、これらのレンズが比較的高品質でなければならない。既に示されたように、このことは、この１つ以上のレンズ（個々のレンズ、又はレンズの組み合わせ）の収差がλ／２０より小さいことを意味すると考えられてよい。任意選択で、個々のレンズの収差、又はレンズの組み合わせの収差はλ／１００より小さく、或いは任意選択でλ／５００より小さく、或いは任意選択でλ／１０００より小さい。
[00051] なお、この例の光学系４２０はレンズ４２２、４２４を含む。そのような光学系４２０の実施形態は、レンズ４２２、４２４を使用することに限定されない。光学系４２０は（湾曲）ミラーを使用してもよい。ミラーはレンズの代わりに使用されてよい。また、１つ以上のレンズと１つ以上のミラーの組み合わせが使用されてもよい。
[00052] 光学系は、光学誤差測定ユニット（図示せず）を含んでよい。一実施形態では、光学誤差測定ユニットは、シャックハルトマンセンサ等の収差センサであってよい。検出された収差は、センサ４４０によって記録された像を、検出された収差に関して補正する為に、算出システム４７０によって使用されてよい。
[00053] メトロロジ装置４００は更に、算出システムＤＴＲＭ ４７０を含んでよい。算出システム４７０は、センサ４４０から信号を受け取るように構成されており、この信号は、センサによって記録された像を表す。算出システム４７０は、基板４５０の第１の層にあるフィーチャと、基板４５０の第２の層にあるフィーチャとの間の変位に基づいてオーバーレイ値を算出する。これらのフィーチャ間の変位は、センサ４４０から受け取られた像において算出される。オーバーレイ値が期待される値からずれている場合、このずれはオーバーレイエラーと呼ばれる。多くの場合、オーバーレイという用語は、オーバーレイエラーを示す為に用いられる。
[00054] メトロロジシステム４００は更に、１つ以上のアクチュエータ４８０を含んでよく、これらは、基板４５０に直接又は間接的に結合され、照明放射線が基板に当たる位置に対して基板を動かすことを可能にする。例えば、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に動かすことが可能である。基板は半導体ウェーハであってよく、基板はウェーハテーブルに載せられてよい。ウェーハテーブルの位置は、ｘ、ｙ、ｚ方向に制御可能であってよく、ウェーハテーブルは更に、中心軸を中心に回転するように動作可能であってよい。
[00055] メトロロジシステム４００は、アクチュエータ４８０が存在する場合には、構造４６０を有する基板４５０が放射線スポットの位置に対して動く間に、構造４６０を放射線スポットで照明するように動作可能であってよい。基板（だけ）が動くことは必須ではなく、センサ４４０及び／又は光源４１０を有する光学系が基板に対して動くこともあってよい。構造４６０を有する基板４５０がそのように動く間、放射線スポットは、基板４５０の様々な部分を照明し、従って、構造４６０の様々な部分も照明する。そのように動く間、算出システム４７０を有するセンサが、構造の様々な像を取得又は記録することが可能である。基板及び様々な像が、構造の全体像の再構築に使用されてよく、及び／又は、関心対象特性の値（例えば、オーバーレイ値等）を直接算出することに使用されてよい。
[00056] 光学系４２０の一実施形態では、ブロック素子４２８は、制御信号に応じて動くことが可能であってよい。例えば、ブロック素子４２８は、平行移動又は回転移動の手段によって第２の位置４２８’に向かって動かされてよい。第２の位置４２８’では、ブロック素子はもはや０次回折をブロックしておらず、センサ４４０上に明視野像が生成される。この実施形態は、暗視野結像と明視野結像とを切り替えることが可能なメトロロジ装置４００を有効化する。
[00057] 図４では、放射線スポットが単一の構造に当たるように示されている。特定の実施形態では、基板４５０上の、互いに近接する位置にある２つ以上の構造４６０、４６０’が使用可能であってよい。この２つ以上の構造４６０、４６０’は、互いに隣接していてよく、任意選択で、短い間隔で隣接していてよい。光学系４２０は、２つ以上の構造４６０、４６０’を単一の放射線スポットで同時に照明するように構成されてよい。その結果、センサ４４０によって記録される像は２つ以上の構造４６０、４６０’の像を含んでもよく、両方の構造について記録された像に基づいて関心対象特性が算出されてよい。例えば、２つ以上の構造４６０、４６０’は、異なる層にフィーチャを有し、それによって、例えば、様々な層のペアに関連するオーバーレイ値を算出することが可能である。この実施形態では、像を１回捕捉するだけで複数の関心対象特性を算出することが可能になる為、関心対象特性の捕捉の高速化が可能になる。
[00058] 図６及び７を用いて、オーバーレイ値の算出方法を説明する。基板４５０上の構造４６０を基板４５０上に製造することは、例えば、図１のリソグラフィ装置によって行われてよい。リソグラフィ装置では、パターニングデバイスＭＡを使用して構造４６０がプリントされる。パターニングデバイスＭＡは、基板４５０上に構造４６０をプリントするように意図された構造を含んでよい。実際的な実施形態では、第１の層にフィーチャをプリントする為に第１のパターニングデバイスが使用されるか、幾つかのパターニングデバイスが使用され、第２の層にフィーチャをプリントする為に第２のパターニングデバイスが使用されるか、幾つかのパターニングデバイスが使用される。実用的な実施形態では、使用されている第１の、第２の、又は更なるパターニングデバイスは、構造６００の各部分の厳密なコピーを含むのではなく、所定の製造条件下で構造６００の各部分を生じさせる構造を含む。
[00059] そこで、図６は、理想的な製造環境で製造された場合、従って、オーバーレイエラーが存在していない場合に基板上に存在する構造６００を表す。構造６００は、第１の層に第１の構造６１２を含み、第２の層に第２の構造６２２を含む。構造６００中の同じハッチングの構造は全て、同じ層に製造されている。水平に方向付けられた構造と、垂直に方向付けられた構造とがある。明確さの為に、最初の説明では、水平に方向付けられた構造にのみ注目する。更に、「水平に」及び「垂直に」は図面の方向に対して定義されていて、実際的な実施形態では、与えられるパターンは、回転、平行移動、及び／又は鏡面反射したパターンとして基板４５０上に存在してよいことに注目されたい。
[00060] 構造６００は、第１の領域６１０及び第２の領域６２０を含む。第１の領域６１０では、第１のフィーチャ６１２の繰り返しパターンが存在する。第２の領域６２０では、第２のフィーチャ６２２の繰り返しパターンが存在する。構造６００の例では、第１の領域と第２の領域は重なり合っておらず、互いに隣接している。第１の領域と第２の領域は、６５０又は６６０に存在する場合には、部分的に重なり合ってよい。
[00061] 第１のフィーチャ６１２のピッチと第２のフィーチャ６２２のピッチは、互いにほぼ等しい。但し、これは必須ではないことに注意されたい。後述のように、算出システム４７０がセンサ４４０によって記録されている像からオーバーレイ値を算出できる限りは、様々なピッチが同様に使用されてよい。フィーチャ６１２、６２２の間のピッチはまた、高次回折が散乱される角度に影響を及ぼす為、使用される１つ以上のピッチはまた、可能な限り最も大きな高次回折、又は少なくとも可能な限り最も大きな１つの高次回折が光学系４２０によって捕捉されるように、慎重に選択されなければならない。なお、高次回折が存在する角度は、構造４６０を照明する為に使用される放射線の波長にも依存する為、センサ４４０上での像の生成を可能にする為には、波長とピッチの組み合わせを慎重に選択しなければならない。
[00062] 実際的な状況では、構造６００は、図６に示されたようにウェーハ上に厳密に製造されるわけではない。実際的な実施形態では、構造６００は、基板４５０上では、図７の上半分に示された構造のようになりうる。メトロロジ装置４００のセンサ４４０によって、像７００が記録される。その像は、図７の上半分に示された構造によく似ている。像７００において既に示されているように、第１のフィーチャ７１２は、第２のフィーチャ７２２に対して変位しており、特に、構造６００の理想的な状況に比べて変位している。水平に方向付けられたフィーチャ７１２、７２２について、図７の左下部において、像７００の一部分を拡大した。ここで、より詳細に示されているように、第１のフィーチャ７１２’は第２のフィーチャ７２２’に対して、距離ＯＶＬｙにわたって変位している。ＯＶＬｙは、ｙ方向のオーバーレイ値である（ｘ方向及びｙ方向は図７の方向に対して定義されている）。像７００はまた、垂直に方向付けられたフィーチャ７４２、７３２の間に変位があることを示している。図７の右下に見られるように、変位がＯＶＬｘで示されており、距離ＯＶＬｘはｘ方向のオーバーレイ値である。
[00063] 図７では、例えば、対向する２つの、水平に方向付けられたフィーチャ７１２、７２２、７１２’、７２２’、或いは、互いに隣接する２つの、垂直に方向付けられたフィーチャ７４２、７３２の変位の分析に基づいてオーバーレイ値を算出することが可能であることが示されているが、実際的な実施形態では、同じ方向づけの隣接フィーチャのより多くのペアが使用される。例えば、水平に方向付けられたフィーチャの各ペアについて、オーバーレイ値を算出することが可能であり、算出した値を平均することが可能である。例えば、第１の層において水平に方向付けられたフィーチャと同相である第１の種類の波パターンを算出し、第２の層において水平に方向付けられたフィーチャと同相である第２の種類の波パターンを算出し、第１の種類の波パターンと第２の種類の波パターンの位相差に基づいてオーバーレイ値を算出することも可能である。
[00064] 数ナノメートルのオーバーレイ値を測定しなければならない為、センサ４４０上の構造４６０の結像に対してメトロロジ装置４００の光学系４２０の精度及び正確さが非常に高いことが重要である。理想的な光学系からのずれがほぼゼロであれば容認される。従って、光学系４２０のレンズ４２２、４２４の収差のずれ、更には光学系４２０全体の収差のずれが小さいことが好ましい。
[00065] 算出システム４７０は、センサ４４０によって記録された像を受け取る。この像は、例えば、像７００である。算出システム４７０はまた、像において期待される構造（例えば、図６の理想的な構造６００）についての情報を有してよく、この構造は像７００において、例えば、パターン認識によって検出される。算出システム４７０によって適用されるパターン認識技術は、比較的大量のノイズを含む像において、又は信号対ノイズ比が比較的小さい像において、又はダイナミックレンジが比較的小さい像において、理想的な構造（例えば、図６の構造６００）とよく似た構造を検出することが可能であるような技術であってよい。算出システム４７０はまた、第１の層における第１のフィーチャから第２の層における第２のフィーチャへの移行がどこにあると予想されうるかについての情報を有してよい。この情報に基づいてそのような移行が像７００において認識されてよく、それらの移行の場所においてオーバーレイ値が算出されてよい。算出システム４７０は、例えば、（例えば、構造７１２’、７２２’、７４２、７３２の）エッジを検出するエッジ検出システムを実装してよい。
[00066] 図４に戻ると、光学系４２０には他の任意選択のフィーチャが存在してよい。光学系４２０は、波長フィルタ４３４を含んでよい。例えば、波長フィルタ４３４は、光源４１０とビームスプリッタ素子４２６との間に描かれているが、別の場所に配置されてもよいことに留意されたい。波長フィルタ４３４は、少なくとも光学系４２０の照明経路に存在することが考えられる。波長フィルタ４３４は、特定波長又は特定の波長範囲の放射線だけを透過させるように構成されている。更なる実施形態では、波長フィルタ４３４の動作は、波長制御信号に応じて制御可能であってよい。更に、光源４１０は類似の波長フィルタを有してもよい。別の実施形態では、波長フィルタ４３４は複数のフィルタを含んでよく、それらの中のフィルタを組み合わせることによって、相隔たる２つ以上の波長を透過させることが可能になる。特定の物質が特定の波長に対して不透明である。従って、構造４６０を照明する為に使用される波長（即ち、波長フィルタ４３４を透過する波長）の選択は、構造４６０において使用される材料、並びに、照明放射線が構造４６０の特定の層を透過するようにすべきかどうかに強く依存する。波長フィルタ４３４は、ある狭帯域の波長だけが波長フィルタ４３４を透過することを可能にするように構成されてよく、例えば、その狭帯域の波長の幅は２０ｎｍ未満、又は１０ｎｍ未満、又は５ｎｍ未満である。
[00067] 特定の波長、又は特定の波長範囲の放射線で構造を照明することが有利な場合がある。基板４５０の材料は（従って構造４６０のフィーチャの材料も）、当たった放射線の散乱に強い影響を及ぼしうる。特定の波長を選択することにより、又は幾つかの波長を選択することにより、よりよい像をセンサ４４０上に取得することが可能である。更に、構造４６０が所与のピッチの繰り返し構造を有する場合には、センサ４４０に向かう伝搬において、少なくとも１つの高次回折が光学系４２０によって（例えば、前部レンズ４２４によって）捕捉可能であるように、照明放射線の波長が選択されてよい。言い換えると、繰り返し構造の照明波長及びピッチは、互いに対して調整される（且つ、光学系４２０の検出経路の開口数（ＮＡ）に対して調整される）。
[00068] 別の実施形態では、光学系４２０は第１のポラライザ４３０を含み、これは、光学系４２０の照明経路に配置されている。第１のポラライザ４３０は、特定の偏光を有する放射線を透過させるように構成されている。第１のポラライザ４３０は、偏光制御信号に応じて透過可能な偏光を制御できる制御可能ポラライザでもある。
[00069] 別の実施形態では、光学系４２０は第２のポラライザ４３２を含み、これは、光学系４２０の検出経路に配置されている。第２のポラライザ４３２は、特定の偏光を有する放射線を透過させるように構成されている。第２のポラライザ４３２は、別の偏光制御信号に応じて透過可能な偏光を制御できる制御可能ポラライザでもある。
[00070] 基板に当たる放射線の偏光を制御すること、並びに散乱した放射線のどの偏光をセンサまで透過させるかを制御することが有利であろう。基板４５０の材料は（従って構造４６０のフィーチャの材料も）、異なる偏光の放射線を異なる様式で散乱させうる。構造４６０、更には構造４６０及び基板４５０の材料は、構造４６０に当たって散乱する放射線の偏光を変化させうる。それにより、特定の偏光で照明して、同じ偏光、又は別の特定の偏光だけをセンサに向けて透過させることによって、（例えば、コントラストが向上した）よりよい像をセンサ４４０上で取得することが可能になる。また、特定の波長の放射線と特定の偏光とを組み合わせて選択することで、センサ４４０上でよりよい像が得られることも観測されている。一実施形態では、構造４６０は、第１のポラライザ４３０によって決定される第１の偏光を有する放射線によって照明される。特定の構造４６０により、（例えば）オーバーレイに関する情報が、第１の偏光に垂直な偏光方向を有する放射線に存在することが分かる。そして第２のポラライザ４３２は、第１のポラライザ４３０を透過できる偏光方向に垂直な偏光方向を有する放射線だけを透過させる。一実施形態では、図４に示されるように、少なくとも第２のポラライザ４３２が存在する場合には、特定の偏光方向の高次回折放射線だけがセンサ４４０に当たり、構造４６０の特性の算出は、特定の偏光方向の１つ以上の高次回折放射線にのみ基づいて行われる。一実施形態では、第１のポラライザ４３０及び／又は第２のポラライザ４３２の設定を、基板４５０上に存在する特定の構造４６０に対して最適化することで、（例えば、コントラストが向上した）よりよい像がセンサ４４０上で取得される。例えば、特定の構造４６０が特定の方向に繰り返し線を有する場合は、特定の偏光を有する照明放射線の散乱が最大になる可能性があり（任意選択で、高次回折への散乱が最大になる可能性があり）、特定の（別の）偏光の散乱放射線だけをセンサに向けて伝搬させることにより、得られる像のコントラスト及び／又は画質が最高になる可能性がある。
[00071] 図４には更に、光源４１０が示されている。光源４１０は、メトロロジ装置４００の一部であってよいが、（例えば、ガラス繊維及び／又は別のタイプの光ガイドによって）メトロロジ装置４００に放射線を供給する独立した光源であってもよい。光源は、１つ以上の波長を有する放射線を発生させるように構成されており、その波長範囲は２００ｎｍ～２０００ｎｍ、又は任意選択で３００ｎｍ～１０００ｎｍ、又は任意選択で４００ｎｍ～９００ｎｍ、又は任意選択で４００ｎｍ～７００ｎｍである。光源は、近赤外スペクトル範囲、例えば、７５０ｎｍ～１４００ｎｍの範囲の放射線を発生させるように構成されてよい。光源は、可視波長範囲、例えば、３８０ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の放射線を発生させるように構成されてよい。例えば、光源は、紫外線Ａ波（３１５ｎｍ～４００ｎｍ）、Ｂ波（２８０ｎｍ～３１５ｎｍ）、又はＣ波（１００ｎｍ～２８０ｎｍ）のスペクトル範囲のうちの少なくとも１つの範囲の放射線を発生させるように構成されてよい。上述のように、特定波長の放射線が有用である場合があり、従って、放射線の１つ以上の波長を最適化することによって、センサ４４０上で十分高い画質の像を取得することが可能である。光源は、相隔たる２つ以上の波長の放射線を放射するように構成されてもよい。
[00072] 構造４６０を照明する放射線に存在する電力量が多量の場合には、その量によって、センサが像を記録する為に必要とする時間が決まる。構造４６０を照明する放射線に存在する電力が大きいほど、多くの放射線がセンサに当たり、センサ４４０が像を記録する為に必要とする積分時間が短くなる。従って、光源４１０は、使用時には、５０ワット超、又は任意選択で１５０ワット超、又は任意選択で２５０ワット超、又は任意選択で１０００ワット超の電力を有する放射線を発生させるように構成されている。
[00073] 一実施形態では、メトロロジ装置４００は、プラズマベースのフォトン光源を使用してよく、例えば、レーザ駆動フォトン光源（ＬＤＰＳ）、又は他の、レーザ駆動光源として知られるフォトン光源を使用してよく、これは、それらの輝度が高いことによる。プラズマは、放電によるエネルギやレーザエネルギを印加することによってガス状媒体内に発生する。放射線のスペクトル分布は本質的に広帯域でも狭帯域でもよく、波長は、近赤外帯域、可視帯域、及び／又は紫外（ＵＶ）帯域にあってよい。参照によって完全な形で本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２０１１２０４２６５号及び国際公開第２０１６０３０４８５号には、レーザ駆動フォトン光源を含むプラズマベースの光源が開示されている。
[00074] 光源の他の例として、コヒーレント白色光レーザ、コヒーレント離散レーザ（これは小さい波長範囲で放射される）、コヒーレント連続制御可能レーザ、コヒーレント光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、インコヒーレントレーザ駆動光源（例えば、上述のもの）、及び／又はインコヒーレントフォトダイオードがある。なお、部分的にインコヒーレントな光源も同様に使用されてよい。
[00075] なお、光源４１０は、光源制御信号に応じて波長範囲内で制御可能な波長の放射線を放射することが可能な制御可能光源であってもよい。
[00076] 光源４１０は、波長範囲が比較的広い放射線を放射してよく、例えば、波長範囲が５０ｎｍより広いか、任意選択で１００ｎｍより広いか、任意選択で２００ｎｍより広い放射線を放射してよい。光源４１０は、波長範囲が比較的狭い放射線を放射するように構成されてもよく、この狭い波長範囲の幅は、例えば、２０ｎｍ未満、又は１０ｎｍ未満、又は５ｎｍ未満である。
[00077] 図４では、照明放射線が１つだけ示されている。概略的に示されている、この単一放射線は、構造４６０上に特定のサイズのスポットとして伝搬及びフォーカスされた放射ビームの中心軸である。従って、図示されている－１次、＋１次、及び０次の回折も、概略的な中心軸だけが示された放射ビームである。図４のコンテキストでは、照明放射ビームの中心軸は、基板の上面にほぼ垂直な方向で構造４６０に当たる。
[00078] 使用可能なメトロロジレシピでは、本出願に記載のメトロロジ装置の一実施形態を使用する測定の１つ以上のパラメータが指定される。一実施形態では、「メトロロジレシピ」という用語は、測定／メトロロジ装置自体の１つ以上のパラメータ、測定される構造（例えば、構造４６０）の１つ以上のパラメータ、又はその両方を包含する。
[00079] このコンテキストでは、測定される構造４６０（「ターゲット」又は「ターゲット構造」とも呼ばれる）は、光学的に測定されるパターンであってよく、例えば、その回折が測定されるパターン、又は（例えば）センサ４４０に結像されるパターンであってよい。測定されるパターンは、測定用として特に設計又は選択されたパターンであってよい。ターゲットの複数のコピーが、基板４５０上の多数の場所に配置されてよい。例えば、オーバーレイの測定にメトロロジレシピが使用されてよい。一実施形態では、別のプロセスパラメータ（例えば、ドーズ、フォーカス、ＣＤ等）の測定にメトロロジレシピが使用されてよい。一実施形態では、結像されるパターンの層の、基板上の既存パターンに対するアライメントの測定にメトロロジレシピが使用されてよく、例えば、基板の相対位置を測定することによってパターニングデバイスを基板に対してアライメントすることにメトロロジレシピが使用されてよい。
[00080] 一実施形態では、メトロロジレシピが測定／メトロロジ装置４００自体の１つ以上のパラメータを含む場合には、測定自体の１つ以上のパラメータは、測定に使用される照明ビーム及び／又はメトロロジ装置に関連する１つ以上のパラメータを含んでよい。例えば、測定自体の１つ以上のパラメータは、照明放射線の波長、及び／又は照明放射線の偏光、及び／又は照明放射線の強度分布、及び／又は照明放射線の、基板４５０に対する照明角度（例えば、入射角、アジマス角等）、及び／又は回折／散乱放射線の、基板４５０上の構造４６０に対する相対方位、基板４６０／ターゲットの測定される点又はインスタンスの数、及び／又は測定される構造４６０／ターゲットのインスタンスの、基板４５０上の位置を含んでよい。測定自体の１つ以上のパラメータは、測定で使用されるメトロロジ装置の１つ以上のパラメータを含んでよく、これは、検出器の感度、開口数等を含んでよい。
[00081] 一実施形態では、メトロロジレシピが、測定される構造４６０の１つ以上のパラメータを含む場合に、測定される構造４６０の１つ以上のパラメータは、１つ以上の幾何学的特性（例えば、構造４６０の少なくとも一部分の形状、及び／又は構造４６０の少なくとも一部分の方位、及び／又は構造４６０の少なくとも一部のピッチ（例えば、格子のピッチ（上部層の上部格子のピッチ、下部格子のピッチ、及び／又は下部格子のピッチを含む））、及び／又は構造４６０の少なくとも一部分のサイズ（例えば、ＣＤ）（例えば、格子のフィーチャのＣＤ（上部格子及び／又は下部格子のフィーチャのＣＤを含む））、及び／又は構造４６０のフィーチャの区分（例えば、格子のフィーチャの、サブ構造への分割）、及び／又は格子の長さ又は格子のフィーチャの長さ）、及び／又は構造４６０の少なくとも一部分の材料特性（例えば、屈折率、消光係数、材料タイプ等）、及び／又は構造４６０の識別（例えば、あるパターンと別のパターンとの区別）等を含んでよい。
[00082] メトロロジレシピは、（ｒ１，ｒ２，ｒ３，．．．ｒｎ；ｔ１，ｔ２，ｔ３，．．．ｔｍ）のような形式で表現されてよく、ｒｉは、測定／メトロロジ装置４００の１つ以上のパラメータであり、ｔｊは、測定される１つ以上の構造４６０の１つ以上のパラメータである。当然のことながら、ｎ及びｍは１であってよい。更に、メトロロジレシピは、測定の１つ以上のパラメータ、及び測定される１つ以上のパターンの１つ以上のパラメータを両方とも有することは必要ではなく、測定の１つ以上のパラメータだけを有していればよく、或いは、測定される１つ以上のパターンの１つ以上のパラメータだけを有していればよい。
[00083] 比較的良好な像をセンサ４４０上に生成する為に、メトロロジ装置４００は、基板４５０上の構造４６０に照明放射線をフォーカスさせてよい。メトロロジ装置４００にはフォーカスサブシステムが設けられてよい。一実施形態では、メトロロジ装置４００は、構造４６０内の様々な深度にフォーカスするように構成されてよい。光学系４２０は、例えば、レンズ４２４を動かして特定のフォーカスを取得するように配置されてよい。１つ以上のアクチュエータ４８０は、基板４５０を様々な方向に動かすことが可能であり、構造４６０を有する基板４５０を上下に動かすことにより、照明放射線を構造４６０の様々な深度にフォーカスさせることが可能である。メトロロジ装置４００は、構造４６０内の様々な深度にフォーカスしたときに、センサ４４０で様々な像を記録するように構成されてよい。この様々な像は、算出システム４７０が構造４６０の関心対象特性を算出する為に使用してよい。算出システム４７０はまた、この様々な像の中から、関心対象特性の算出に最適な１つ以上の像を選択してよい。例えば、この１つ以上の像は、コントラストが所定レベルを超えていなければならないという要件に基づいて選択されてよい。
[00084] 図５は、メトロロジ装置の別の実施形態５００を概略的に表した図である。メトロロジ装置５００はメトロロジ装置４００とよく似ており、類似の、又は同じ実施形態を包含する。以下では相違点を説明する。
[00085] メトロロジ装置５００では、照明放射ビームは、構造４６０にほぼ垂直な角度では構造４６０に当たらず、基板４５０の表面の法線に対して特定の角度で当たる。図５の例では、これの結果として、－１次回折が、基板４５０の上面にほぼ垂直な経路をたどり、－２次回折及び０次回折がそれぞれ法線に対して角度を有することになる。そのような構成では、０次回折がセンサ４４０に向けて伝搬されないように、ブロック素子５２８を光学系５２０内の別の場所に配置しなければならない。任意選択で、－２次回折も同様にブロックする為に、別のブロック素子５２８’が存在してよい。光学系５２０はまた、検出経路に円形アパーチャを有してよく、ブロック素子５２８、５２８’は、アパーチャが作成される素子の断面図であってよい。
[00086] 構造４６０に垂直に当たらない照明放射ビームは、光源４１０を光学系５２０の照明経路の中心軸に対して変位させることによって取得可能である。光源から放射される放射ビームが比較的幅広であれば、光源に由来し、光学系５２０の照明経路の中心軸から離れた位置にアパーチャを有する照明瞳５２９を放射ビーム中に配置してよい。一実施形態では、照明瞳５２９は制御可能であってよく、光学系５２０の照明経路の中心軸に対するアパーチャの位置は、照明瞳制御信号に応じて制御されることが可能である。
[00087] 図１２は、照明瞳５２９の位置で使用可能な照明瞳１２００及び１２１０の例示的上面を概略的に示す。照明瞳１２００では、不透明プレート１２０２の中心から外れた位置に穴１２０４がある。不透明プレート１２０２の中心が照明経路の光軸と重なっていれば、照明放射線は、例えば、図５で描かれた照明光線を中心に有する放射ビームになる。もちろん照明瞳１２００は、照明瞳１２１０で示されているのと同様の構成で穴１２０４が２つあってもよい。
[00088] 照明瞳１２１０は、不透明プレート１２１２に、図１２に示される形状で作られた２つの穴１２１４、１２１６がある。これらの個々の穴１２１４、１２１６は、照明瞳１２１０の中心に対して角度が９０度オフセットしている。これにより、２つの照明ビームの伝搬が照明経路の中心光軸と重ならない。このことは、構造４６０が直交する別々の２つの方向から照明されるという結果をもたらし、２次元のオーバーレイ値を１回の測定捕捉で測定できるという利点を有しうる。
[00089] 図５では、メトロロジ装置５００の検出経路に沿って、別のタイプの瞳である検出瞳５２８’’が概略的に描かれている。例えば、検出瞳５２８’’は、瞳面、又は瞳面の共役面に設けられてよい。検出瞳５２８’’は、散乱放射線の１つ以上の高次回折を透過させるように配置されてよく、０次回折の透過をブロックするように配置されてよい。検出瞳５２８’’は、ブロック素子５２８の代わりに、又はブロック素子５２８に加えて使用されてよい。例えば、図１２では、検出瞳１２２０の例示的上面が示されており、これは、不透明プレート１２２２及び穴１２３４を含み、これによって、例えば、図５の構成で使用された場合には、高次回折は透過可能であり、０次回折はブロックされることが可能である。一代替構成として検出瞳１２３０が示されており、これは、不透明プレート１２３２と２つの穴１２３４及び１２３６とを含む。なお、当業者であれば、（例えば、特定の照明瞳との組み合わせで）特定の高次回折を透過させ、０次回折をブロックすることに関して特定の利点を有する代替実施形態を見いだすであろう。
[00090] 照明瞳５２９又は検出瞳５２８’’は、可撓及び／又は制御可能なタイプの瞳で形成されてもよい。図１３（ａ）及び１３（ｂ）、並びに図１４（ａ）及び１４（ｂ）に例を示す。図１３（ａ）、１３（ｂ）、１４（ａ）、及び１４（ｂ）の例は、メトロロジ装置４００、５００の例において、例えば、照明経路及び／又は検出経路において使用されてよい。装置における可能な位置は、メトロロジ装置５００の照明瞳５２９で、又はメトロロジ装置５００の検出瞳５２８’’で概略的に示されている。なお、図１３（ａ）、１３（ｂ）、及び１４（ａ）の例は放射線の透過に基づいており、従って、図５に示された位置は、これらの例に直接当てはまる。図１４（ｂ）の例は反射に基づいており、従って、メトロロジ装置は、照明経路及び／又は検出経路が照明瞳及び／又は検出瞳において反射されるように修正されなければならない。図１３（ａ）、１３（ｂ）、１４（ａ）、及び１４（ｂ）の例は全て、可撓瞳の例であり、この場合、瞳が特定の形状になるように幾つかの素子を制御することが可能である。これらの例によって、特定の測定の要件に応じて選択可能な、様々な特定形状を生成することが可能になる。
[00091] 図１３（ａ）は可撓瞳構成１３００を概略的に示しており、そこには２つのホイール１３００、１３２０があり、それらのホイールの不透明材料の中に様々な形状のアパーチャ１３１１．．．１３１４、１３２１．．．１３２４がある。使用時には、ホイール１３２０は、ホイール１３１０の前方又は後方の、破線の円１３２０’で示された場所に位置する。ホイール１３００、１３２０は、制御信号に応じて回転可能である。第１のホイール１３１０の特定の位置と第２のホイールの特定の位置とを選択することにより、可撓瞳構成１３００によって特定の形状のアパーチャが生成される。図１３（ａ）の例では、使用時に、アパーチャ１３２１はアパーチャ１３１４の前方にあってよい。使用時のアパーチャ１３２１の位置は、矩形１３２１’によって概略的に示されている。この図の面に垂直な方向から見ると、アパーチャ１３１４とアパーチャ１３２１’が連結したものは、この例において生成された、特に選択された形状の瞳である。なお、図１３（ａ）の例では、限られた数の異なる形状の、限られた数のアパーチャだけが与えられている。実際的な実施形態では、ホイールは、より様々な形状の、更により多くのアパーチャを有してよく、それによって、生成される瞳の特定の形状に対して、より細かい制御が行われてよい。
[00092] 図１３（ｂ）は、可撓瞳構成１３３０を概略的に示す。当てはまる限りでは、図１３（ａ）の可撓瞳構成１３００について述べられた特性は、図１３（ｂ）の可撓瞳構成１３３０にも当てはまる。可撓瞳構成１３３０は、不透明材料の２つの可動ストリップ１３４０、１３５０を含み、可動ストリップ１３４０、１３５０は、様々な形状及び／又はサイズの様々なアパーチャ１３４１．．．１３４６、１４５１．．．１３５４を含む。第１のストリップ１３４０の特定アパーチャ１３４１．．．１３４６を、第２のストリップ１３５０の特定アパーチャ１３５１．．．１３５４の後方又は前方に動かすことにより、特定の制御可能な形状の瞳を形成することが可能である。図１３（ｂ）の例の場合、読み手が見ている方向では、第２のストリップ１３５０は第１のストリップ１３４０の手前に置かれていて、アパーチャ１３５１はアパーチャ１３４５の手前にある。図の面に垂直な方向から見ると、アパーチャ１３５１、１３４５の連結によって瞳像の形状が画定される。
[00093] 図１４（ａ）は、可撓瞳構成の第３の実施形態１４００を概略的に示す。当てはまる限りでは、図１３（ａ）の可撓瞳構成１３００及び図１３（ｂ）の可撓瞳構成１３３０について述べられた特性は、図１４（ａ）の可撓瞳構成１４００にも当てはまる。可撓瞳構成１４００は、プレート１４１０、又は別の形状の不透明材料を含み、プレートにはアパーチャ１４２０が設けられており、アパーチャ１４２０は、可撓瞳構成１４００において作成可能な最大限のアパーチャを画定している。可撓瞳構成１４００は更に、放射線ブロック素子１４４０、１４４１、１４４２を含み、これらは複数のガイド構造１４３０のいずれかに沿って動くことが可能である。放射線ブロック素子１４４０、１４４１、１４４２のうちの１つ以上が、制御信号に基づいて、ガイド構造１４３０のいずれかに沿って、アパーチャ１４２０の前方の特定位置、又はアパーチャ１４２０の前方ではない特定位置まで動くことが可能である。アパーチャ１４２０の前方の特定位置に特定の放射線ブロック素子１４４１を配置することにより、アパーチャの一部分では放射線が透過できなくなり、有効な残り部分のアパーチャは、特定形状のより小さいアパーチャに整形される。放射線ブロック素子１４４０、１４４１、１４４２は、不透明材料の箱型素子であってよい。別の実施形態では、放射線ブロック素子１４４０、１４４１、１４４２は、球形又は楕円体形状であってよく、或いは、プレート１４１０に平行に配置された比較的薄いプレート状の素子であってよい。放射線ブロック素子１４４０、１４４１、１４４２は、それらが動いて（例えば、アパーチャ１４２０の前方で）互いに近接したときに部分的にオーバーレイするように成形されてよい。例えば、放射線ブロック素子１４４０、１４４１、１４４２は、プレート１４１０によって画定された面に対して傾斜した形態で配列されるストリップであってよい。ガイド構造１４３０は、プレート１４１０によって画定された面に平行に配列された細いワイヤ、又は薄いストリップであってよい。放射線ブロック素子１４４０、１４４１、１４４２は、機械的な力によって（例えば、アクチュエータによって）、或いは電気的又は磁気的な力によって動かされてよい。
[00094] 図１４（ｂ）は、可撓瞳構成の第４の実施形態１４５０を概略的に示す。当てはまる限りでは、既述の可撓瞳構成１３００、１３３０、１４００について述べられた特性は、図１４（ｂ）の可撓瞳構成１４５０にも当てはまる。可撓瞳構成１４５０は、支持構造１４７０上に設けられた制御可能なマイクロミラー１４５１．．．１４５６のアレイを含む。制御可能なマイクロミラー１４５１．．．１４５６のアレイにおいては、マイクロミラー１４５１．．．１４５６のグループ、及び／又は各個別マイクロミラー１４５１．．．１４５６が、当たった放射線１４６０が特定の方向（例えば、第１の方向ｄ１又は第２の方向ｄ２）に反射されうるように制御可能である。一実施形態では、マイクロミラーは、当たった放射線を３つ以上の方向に制御可能に反射するように構成されてよい。図１４（ｂ）の例では、幾つかの放射線１４６０（例えば、光線）が概略的に示されている。放射線１４６０は、可撓瞳構成１４５０が照明経路に設けられている場合には光源から発せられてよい。図１４（ｂ）の例では、マイクロミラー１４５２、１４５６は、当たった放射線を第２の方向ｄ２に反射するように制御され、マイクロミラー１４５３．．．１４５５は、当たった放射線を第１の方向ｄ１に反射するように制御される。可撓瞳構成１４５０が照明経路に設けられている場合、且つ、第１の方向ｄ１に反射された光が照明に使用される場合、可撓瞳構成１４５０は、光を第１の方向ｄ１に反射する全てのマイクロミラー１４５３．．．１４５５によって画定される（仮想）瞳を有する。
[00095] なお、図１４（ｂ）の実施形態は、空間光変調器と呼ばれることも多い。空間光変調器の別の実施形態は、メトロロジ装置４００、５００の可撓瞳構成として使用されてもよい。そのような空間光変調器の別の実施形態として、一種の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）があり、これは、透過状態、又は放射線ブロック状態、又は反射状態になるように制御可能な画素のアレイを有する。ＬＣＤ空間光変調器は、透過モード又は反射モードで、可撓及び／又は制御可能な瞳として使用されてよい。
[00096] 図６は、基板上に製造可能であって、メトロロジ装置の実施形態によって検査可能な、幾つかの構造を概略的に表したものである。構造６００については、ここまでで既に説明した。構造６５０は、第１の領域６１０と第２の領域６２０とが、部分的に重なり合っていて、ｙ次元において互いに対して変位している構造である。構造６５０を回転させることで大きな構造を形成することも可能であり、例えば、構造６００とよく似た大きな構造を形成することも可能である。構造６６０は構造６５０とよく似ており、相違点は、ｙ次元の変位がないことである。
[00097] 上述のように、図７の像７００は、メトロロジ装置４００の算出システム４７０によって処理されてよい。算出システム４７０は、像７００中の関心対象領域を検出するように構成されてよい。関心対象領域は、更なる処理に使用される、像中の領域であって、例えば、基板４５０の構造４６０のオーバーレイ値又は別の特性の算出に使用される領域である。例えば、領域７９０は、所定のパターン、又は少なくとも、期待されるパターンによく似た所定のパターンを含みうることで、関心対象領域として識別される。算出システム４７０は更に、分析用として、より小さい関心対象領域を特定するように構成されてよい。例えば、図７の左下に示されるように、像中の別の関心対象領域７９０’が特定されてよい。この例では、別の関心対象領域７９０’は、ｙ次元のオーバーレイ値を算出する為の関心対象領域である。更に別の例では、図７の右下に示されるように、更に別の関心対象領域７９０’’が、ｘ次元のオーバーレイ値を算出する為の関心対象領域である。なお、センサ４４０上の像が高次回折（０次回折より高次の回折）にのみ基づく場合、関心対象領域７９０、７９０’、７９０’’は、構造４６０によって散乱された放射線のうちの高次回折放射線にのみ基づく。例えば、図４のコンテキストで説明されたように、ブロック素子４２８が制御可能であってよい場合で、且つ、０次回折がセンサ４４０に当たるかどうかが制御可能である場合、関心対象領域７９０、７９０’、７９０’’は、０次回折及び高次回折の放射線が当たった結果である像に基づいて特定されてもよい。
[00098] 図８は、メトロロジ装置の第３の実施形態８００を概略的に表した図である。メトロロジ装置８００は、図４及び５のメトロロジ装置４００及び５００とよく似ている。以下では相違点を説明する。メトロロジ装置４００及び５００の実施形態は、メトロロジ装置８００と組み合わされてよい。
[00099] メトロロジ装置８００は別の光学系を有する。ビームスプリッタ４２６の代わりにミラー８２８が設けられている。ミラー８２８は、光源４１０から発せられた放射線を、基板４５０の上面にほぼ垂直な角度で、基板４５０上の構造４６０に向けて反射するように構成されている。構造から戻る鏡面（０次）回折は、やはり基板４５０の上面にほぼ垂直な経路をたどり、やはりミラー８２８に当たって、反射して光源のほうに戻る。そのようなミラー８２８、又はアライメントツール内の同様の素子の更なる詳細が、参照によって完全な形で本明細書に組み込まれている国際公開第２０１４／０２６８１９Ａ２号（例えば、図３、ミラー２２３）、同第２０１４／０５６７０８Ａ２号、同第２０１４／０６８１１６Ａ１号、同第２０１３／１５２８７８Ａ２号に示されている。なお、図５のメトロロジ装置５００と類似の構成では、ブロック素子５２８が、０次回折をセンサ４４０に向かわない方向に反射するミラーに置き換えられてよい。任意選択で、図５のメトロロジ装置５００がブロック素子５２８の代わりにそのようなミラーを有する場合、０次回折は、０次回折の情報を記録する為に使用されてよい別のセンサに向けて反射されてよい。０次回折の情報を記録することの更なる例が、図９のコンテキストで与えられる。
[000100] 図９は、メトロロジ装置の第４の実施形態を概略的に表した図である。メトロロジ装置９００は、図４、５、及び８のメトロロジ装置４００、５００、８００とよく似ている。以下では相違点を説明する。メトロロジ装置４００、５００、及び８００の実施形態は、メトロロジ装置９００と組み合わされてよい。
[000101] 光学系９２０は、メトロロジ装置４００の光学系４２０とは異なる。ブロック素子４２８の代わりに、０次回折をセンサ９４０に向かわない方向に反射するミラー９２８が設けられている。一実施形態では、０次回折は、別のセンサ９４２に向けて反射される。
[000102] 別のセンサ９４２は、０次回折放射線の強度を検知する強度センサであってよい。これは、基準信号として使用されてよく、例えば、センサ４４０で測定される放射線強度の正規化に使用されてよい基準信号として使用されてよい。従って、別のセンサ９４２は診断機能を有してよく、例えば、光源の動作に関する診断機能を有してよい。
[000103] 別のセンサ９４２は、瞳面、又は瞳面の共役面に配置されてよい。そして、０次回折の瞳像が記録されてよく、この瞳像は、構造４６０の関心対象特性を算出する為の追加入力光源として使用されてよい。瞳像は、基板４５０の構造４６０の幾何学的構造を算出する再構築プロセスにおいて使用されてよい。また、構造４６０次第では、瞳像内で使用可能なオーバーレイ値情報があってよいことも知られている。
[000104] 光学系９２０の別の実施形態では、ミラー９２８から別のセンサ９４２への経路に別のレンズ９２６もあり、別のレンズ９２６は、センサ９４２上に構造４６０の明視野像を形成する。別のセンサ９４２は、明視野像を記録するように構成されてよい。明視野像は、基準として使用されてよく、又はアライメントの為に使用されてよく、又はオーバーレイ値の大まかな推定に使用されてよく、又はその他に使用されてよい。例えば、（本明細書に組み込まれた文書のうちの１つ以上に記載されているように）大まかなオーバーレイ値は、当該技術分野において知られている技術に基づいて明視野像内で算出される。大まかなオーバーレイ値は、プロセスが規格外かどうかを判断する為に使用されてよい。大まかなオーバーレイ値はまた、より正確な値を算出しなければならないかどうかを、センサ４４０上に形成された（暗視野）像に基づいて判断する為に使用されてよい。別のセンサ９４２は、算出システム４７０と結合されてもよく、或いは別の算出システムと結合されてよい。別のセンサ９４２がアライメントの為に使用される場合には、算出システムは、その構造が照明スポット内にあるかどうかを判定する為に、記録された像の中の期待される構造を認識しようとすることになる。算出システムは、基板を動かすように動作可能なアクチュエータと結合されてよく、そしてメトロロジ装置は、反復移動検出アルゴリズムによって構造を探すように動作可能である。
[000105] 別のセンサ９４２は更に、算出システム４７０と協働して、関心対象領域（例えば、図７の関心対象領域７９０、７９０’、７９０’’）を検出する。
[000106] 別のセンサ９４２によって記録される情報は、０次回折の瞳像、又は０次回折像に基づく構造４６０の像であって、光学系９２０の一部分の特性の検出に使用されてよい。例えば、収差が検出されてよく、検出された収差は、例えば、センサ４４０によって記録された像を補正する為に算出システム４７０によって使用されてよい。基板４５０上に基準構造があってもよく、或いは、基板４５０を支持するウェーハテーブル上に基準ターゲットがあってよく、これらは、光学系９２０の特性（例えば、光学系９２０の光学素子の収差）の良好な検出を可能にするように設計されている。
[000107] 任意選択で、ミラー９２８の位置は制御可能である。第１の位置では、ミラー９２８が０次回折を（例えば）センサ９４２に向けて反射する。第２の位置では、ミラー９２８’が、センサ４４０に向かう０次回折の伝搬をブロックしない。そのように制御可能なミラーは、メトロロジ装置９００が暗視野結像と明視野結像とを切り替えることが可能であることを可能にする。図９では、ミラー９２８が軸を中心に回転可能であることが示唆されている。或いは、ミラー９２８は、光学系９２０の検出経路の完全に外側にある場所に向かって平行移動によって動かされる。
[000108] 図１０は、オーバーレイ値を算出する為に基板上に製造される構造を概略的に表している。
[000109] 図１０の左上にはボックスインボックス構造１０００が示されており、これは、第１の層に第１の構造１００２を含んでよく、第２の層１００４に第２の構造を含んでよい。第１の構造１００２及び第２の構造１００４は、正方形であってよく、或いは矩形形状であってよい。別の実施形態であっても、それらは三角形、円形、又は楕円形であってよい。図示された構造１０００は、理想的な製造条件の下で（例えば、図１のリソグラフィ装置を使用して）製造可能な構造である。理想的な製造条件は、例えば、オーバーレイエラーがないことに関連する。更に、実際的な実施形態では、基板４５０上に製造された構造１００２、１００４はコーナーに丸みが付いていてよいことに注意されたい。構造１０００には更にドットが示されており、これは、第１の構造１００２の重心１００３を示しており、且つ、第２の構造１００４の重心１００５を示している。構造１０００にはオーバーレイエラーがない為、重心１００３、１００５は互いに重なり合っている。なお、明確さの為、重心を表すドットは、基板４５０上の構造４６０には示されておらず、この図では重心を概略的に示す為にのみ描かれている。実際的な実施形態では、算出システムは、既知の方法又はアルゴリズムにより、記録された像において重心を捜す。
[000110] 構造１０１０において示されるように、製造プロセスにおいてオーバーレイエラーが発生する可能性があり、これは、第１の構造１００２’に対する第２の構造１００４’の変位によって検出可能であり、従って、第１の構造１００２’の重心１００３’の、第２の構造１００４’の重心１００５’に対する変位によっても検出可能である。重心１００３’、１００５’間のｘ次元の距離がオーバーレイ値ＯＶＬｘである。重心１００３’、１００５’間のｙ次元の距離がオーバーレイ値ＯＶＬｙである。別の実施形態では、算出システム４７０は、構造１００２’、１００４’のコーナーをパターン認識によって見つけるように動作可能であり、それらのコーナーの間の変位がオーバーレイ値の算出のベースになりうる。
[000111] 構造１０２０は、オーバーレイ値の算出に使用可能な別の構造を表している。構造１０２０は、バーインバー構造であり、第１の層に細長い矩形の第１の構造１０２２を含み、第２の層に細長い矩形の第２の構造１０２４を含む。同じハッチングの構造は全て、同じ層に製造される。図示された構造１０２０は、理想的な製造条件の下で製造される。なお、実際的な実施形態では、バー１０２２、１０２４のコーナーに丸みが付いていてよく、直線の端部が短くなっていてよい。ｘ次元のオーバーレイ値は、垂直バー間の変位を分析することによって検出可能であり、ｙ次元のオーバーレイ値は、水平バー間の変位を分析することによって検出可能である。構造１０００、１０１０の例によれば、オーバーレイ値は、第１の構造１０２２の重心の、第２の構造１０２４の重心に対する変位を検出することによっても算出可能である。
[000112] 任意選択で、第２の構造１０２４のプリント／製造に使用されるプリンティングデバイス（例えば、レチクル等）上に、第２の構造１０２４のプリントをアシストするサブレゾリューションアシストフィーチャ１０２５、１０２５’が存在してよい。なお、サブレゾリューションアシストフィーチャ１０２５、１０２５’は、一般に、基板４５０上にプリントされず、基板４５０上の構造４６０に存在しない。
[000113] 構造１０３０は、幾つかの十字形構造１０３２、１０３２’、１０３４、１０３４’を含む。第１の十字形構造１０３２、１０３２’は第１の層に製造され、第２の十字形構造１０３４、１０３４’は第２の層に製造される。同じハッチングの構造は全て、同じ層に製造される。図示された構造は、製造条件が理想的であれば基板４５０上に現れるべき構造である。なお、実際的な実施形態では、構造１０３２、１０３２’、１０３４、１０３４’のコーナーに丸みが付いていてよく、直線の端部が短くなっていてよい。製造条件が理想的でない場合には、第１の十字形構造１０３２、１０３２’は、第２の十字形構造１０３４、１０３４’に対して変位している。様々な次元のオーバーレイ値を取得することにより、十字形構造１０３２、１０３２’、１０３４、１０３４’のうちの２つ以上の間の特定の変位を分析することが可能である。例えば、ｙ次元のオーバーレイ値は、第１の十字形構造１０３２の、第２の十字形構造１０３４に対する変位距離を算出することにより、容易に算出可能である。例えば、ｘ次元のオーバーレイ値は、第１の十字形構造１０３２’の、第２の十字形構造１０３４’に対する変位距離を算出することにより、容易に算出可能である。なお、構造１０３０のコンテキストでは、構造１０３０の製造に使用されるパターニングデバイス（レチクル等）は、第１及び第２の十字形構造１０３２、１０３２’、１０３４、１０３４’のプリントをアシストするサブレゾリューションアシストフィーチャを含んでよい。第１及び第２の十字形構造１０３２、１０３２’、１０３４、１０３４’の直線に近接して、１０２５、１０２５’に類似のフィーチャが存在してよい。
[000114] オーバーレイ値の算出に使用可能な他の多層構造は、例えば、参照によって完全な形で本明細書に組み込まれているMike Adel, et al,“Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXII”, Proceedings of SPIE, Vol. 6922, paper 692202, 2008、“Diffraction order control in overlay metrology: a review of the roadmap options”の図４に開示されている。
[000115] 図１１は、ターゲットの実施形態の小区分を概略的に表した図である。図１１の上部には可能なターゲット１１００が示されており、これは、異なる層間のオーバーレイの算出に使用可能である。図示されたターゲット１１００の絵は、理想的な状況下で、前述のメトロロジ装置のセンサ４４０上の像として見える絵である。基板４５０上の構造４６０は様々であってよく、照明特性及び検出特性に応じて、図１１の上部に示されているターゲット１１００の像を取得することが可能である。例えば、図６、７、及び１０によれば、異なるハッチングで描かれたフィーチャは、基板４５０上の構造４６０の異なる層のフィーチャに関連する。
[000116] 一般に、このアイディアは、基板４５０上の構造４６０が。可視である（及び／又は「空間」になっていて不可視である）フィーチャに関して、より小さいフィーチャを幾つか有してよいというものである。これは、多くの場合、「フィーチャの小区分」と呼ばれる。後述されるように、「空間」としてターゲット１１００に存在する領域は、比較的小さいフィーチャを有してよく、それらは、例えば、個々の小さいフィーチャであって、センサ４４０上では不可視である（例えば、個々の線のそれぞれは、センサ４４０によって記録された像においては不可視である場合がある）。小区分は、ターゲット１１００の様々な部分の間のコントラストに作用するように使用されてよい。従って、小区分は、センサ４４０上の像に作用しうる。
[000117] 図１１の中程の左側には、小区分の第１の実施形態１１２０が示されている。例えば、ターゲットのフィーチャ１１１２、１１１２’は、線の密な構成１１２２、１１２２’として基板上に比較的小さいピッチで存在するように示されている。ターゲット１１００のフィーチャ１１１２と１１１２’の間の空間にも、何本かの比較的狭い線の構成１１２３、１１２３’が、構成１１２２、１１２２’のピッチより大きいピッチで存在してよい。構成１１２３、１１２３’は、構成１１２２、１１２２’と異なる様式で光を散乱させる為、センサ４４０上には異なる様式で結像される。
[000118] 図１１の下部には、小区分の第２の実施形態１１３０が示されている。ターゲット１１００のフィーチャ１１１２、１１１２’は、構成１１３２、１１３２’として基板上に存在してよく、これは、縦線の密なパターンを特定のピッチで有する。ターゲット１１００のフィーチャ１１１２と１１１２’の間の空間は、構成１１３３、１１３３’として基板上に存在してよく、これは、横線の密なパターンを特定のピッチで有する。具体的には、この小区分１１３０を有する、基板上の構造が、特定の偏光の放射線で照明された場合、それらの構成の１つが他の構成より多くの光を散乱させうる。更に、構成１１３２、１１３２’の高次回折が、図の上部に見られるように、構成１１３３、１１３３’の高次回折とは別の方向を有する。このように高次回折の方向が異なることにより、前述のメトロロジ装置の光学系において、異なる２つの構成のうちの一方の高次回折が特定の検出瞳によってブロックされうることが可能になる。図５及び／又は図１２のコンテキストで検出瞳の実施形態を説明してきた。一般に、この形式の小区分は、（例えば）センサ４４０上に形成される像において、構造の特定の領域を、構造の他の領域と区別する為に、異なる方向にフィーチャが配列された領域を有する。
[000119] 図１１の中程の右側には、小区分の第３の実施形態１１４０が示されている。この構造では、全てのフィーチャの間のピッチが等しいが、線の幅が細くなって太くなって細くなって、と変動している。その結果として、第１の領域１１４２、１１４２’があり、それらはセンサ４４０上にフィーチャとして結像されることが可能であり、そして、第２の領域１１４３、１１４３’があり、それらはセンサ４４０上にフィーチャとして結像されない可能性がある。この形式の小区分では、線の幅は特定のパターン又は関数によって変調される。
[000120] なお、小区分の上記の例１１２０、１１３０、１１４０では、小区分は、ターゲットの部分又は領域ごとに単一次元で実施されている。図１１の右下では、別の例において小区分が２次元で実施可能であることが示されている。例えば、第３の実施形態１１３０において示されている、１１３３’の小区分を有する小区分の領域は、比較的小さい横線から成る。別の例では、小区分の比較的小さいフィーチャは、１１３３’’に示されるような、ｘ次元及びｙ次元の小さなフィーチャの繰り返しパターンであってよい。例えば、この比較的小さい横線は、２次元グリッド構造で配置される比較的小さい矩形フィーチャに細分されてよい。小区分の例１１２０、１１３０、１１４０の全てにおいて、図示された各線は、より小さな線区分に細分されてもよい。
[000121] 小区分を作成することは、基板４５０上のターゲット１１００に対するプロセス効果の間の相関を高めること、並びに基板４５０上の生成物／インダイ構造に作用するプロセス効果の間の相関を高めることに有用でありうる。言い換えると、ターゲットは、生成物／インダイ構造をより忠実に表す。更に、設計ルール要件として、線が太くなりすぎないようにすること、及び／又は基板４５０上に比較的大きい空白領域ができないようにすることが必要である。前述のように、小区分は、ターゲットの様々な部分／領域の間のコントラストに作用するように使用されてもよい。小区分は、ターゲットの部分／領域の回折効率に作用する。それによって小区分は、（例えば）センサ４４０上に形成された像におけるターゲットの様々な部分／領域の間のコントラストに作用する。
[000122] 小区分１１２０、１１３０、１１４０においては、散乱効率が相対的に高くなるように、ピッチ、線幅、及び線の相対方位が選択されてよい。言い換えると、ピッチ、線幅、及び線の相対方位は、散乱効率が所定閾値を上回るように選択される。それによって、相対的に多量の照明放射線が散乱されて高次回折になって、センサ４４０に当たる放射線の量が相対的に多くなる。更に、ピッチ、線幅、及び線の相対方位は、センサ４４０によって取得される像の光学コントラストが相対的に大きくなるように選択されてよい。光学コントラストが相対的に大きいことは、センサ４４０によって取得された像から相対的に正確なオーバーレイ値を抽出することに役立ちうる。
[000123] 小区分１１２０、１１３０、１１４０は、別々の原理に基づく小区分の例である。特定のターゲット１１００においては、様々なタイプの小区分が組み合わされてよい。当業者であれば、示された原理の幾つかを２次元に適用することも可能であり、これは、例えば、小区分１１２０内に更にｙ次元の小区分を作成することによって可能である。
[000124] 図６及び図１１の例の説明では、ターゲット６００、６５０、６６０、１１００が、ウェーハ上に製造された３ｄ構造の第１の層に構造６１２、１１１２を有し、ウェーハ上に製造された３ｄ構造の第２の層に構造６２２を有するものとしている。しかしながら、それらの構造が別々の層に設けられることは必須ではない。それらは、ウェーハ上に製造された３ｄ構造の１つの層に位置してもよいが、それらは、同じリソグラフィステップでは製造されない。例えば、ダブルパターニング又はリソ－エッチング－リソ－エッチングプロセスにより、各リソグラフィステップの間に、３ｄ構造の同じ層に異なる構造を製造することが可能である。これらの異なるリソグラフィステップの間に製造された構造は、アライメントエラーの結果として、互いに対して変位している可能性があり、従って、構造間にはオーバーレイエラーが存在する可能性がある。従って、ターゲット６００、６５０、６６０、１１００の製造が、第１のリソグラフィステップで構造６１２、１１１２を作成し、第２のリソグラフィステップで構造６２２を作成することによって行われる場合は、ターゲット６００、１１００を使用して、２つのリソグラフィステップを使用した結果であるオーバーレイエラーを測定することも可能である。この２つのリソグラフィステップは、構造を別々の層に製造することに使用されてよく、同じ層に製造することにも使用されてよい。なお、このことは、図１０のターゲット１０２０、１０３０にも当てはまりうる。
[000125] 図１５は、ターゲットの別の実施形態１５００を概略的に示す。ターゲット１５００は、ターゲット６００、１１００と類似の構造であり、当てはまる限りでは、ターゲット６００、１１００の説明された特性は、ターゲット１５００にも当てはまりうる。図１５では、破線のボックスが示されている。これらのボックスは構造のグループである。破線は、プリントされた基板上には存在せず、どの構造がグループに対応するかを示す為にのみ使用されている。ターゲット１５００は、４つの構造グループ１５１０、１５２０、１５３０、１５４０を有する。２つの構造グループ１５１０、１５４０は、第１の次元のオーバーレイエラーを測定する為に使用されてよく、他の２つの構造グループ１５２０、１５３０は、第２の次元のオーバーレイエラーを測定する為に使用されてよい。前述のメトロロジ装置で作成された像からオーバーレイエラーを算出する原理については、例えば、図７のコンテキストで説明されている。特定の１つの構造グループ１５１０についてのみ、サブ構造１５１１、１５１２、１５１３が示されている。他の構造グループ１５２０、１５３０、１５４０においては、後述されるように、サブ構造１５１１、１５１２、１５１３のハッチングと同じハッチングを有するサブ構造は、サブ構造１５１１、１５１２、１５１３の同じ特性を有する。
[000126] サブ構造１５１１、１５１２、１５１３は、異なるリソグラフィステップで製造される。これらは、ウェーハ上に製造されている３ｄ構造の同じ層に存在してよい。これらは、ウェーハ上に製造されている３ｄ構造の別々の層に存在してもよい。また、２つのタイプのサブ構造１５１１、１５１２、１５１３が同じ層にあって、第３のタイプのサブ構造１５１１、１５１２、１５１３が別の層にあってもよい。構造１５１１が第１のリソグラフィステップで製造されるものとし、構造１５１２が第２のリソグラフィステップで製造されるものとし、構造１５１３が第３のリソグラフィステップで製造されるものとすれば、ターゲット１５００は、第１のリソグラフィステップと第２のリソグラフィステップとの間のオーバーレイエラー、第２のリソグラフィステップと第３のリソグラフィステップとの間のオーバーレイエラー、更には第１のリソグラフィステップと第３のリソグラフィステップとの間のオーバーレイエラーを算出する為に使用されてよい。ターゲット１５００を使用すると、複数のオーバーレイエラーを１回の測定ステップで測定することが可能であるが、ターゲット６００を使用する場合は、少なくとも２つのターゲットと２回の測定ステップが必要であった。従って、ターゲット１５００は、スピードの利点があり、更に、メトロロジターゲットで使用されるウェーハ上の空間が小さくなる。
[000127] なお、ターゲット１５００の例では、３つのタイプのサブ構造１５１１、１５１２、１５１３が示されている。もちろん、２つ又は３つより多くのタイプのサブ構造を設けて、１つのターゲットで、より多くの層及び／又はより多くのリソグラフィステップの間のオーバーレイエラーを測定できるようにすることも可能である。
[000128] 更にまた、１つの層に別々の構造を製造する為にリソグラフィステップを直接使用せずに他のウェーハ処理ステップを使用する場合には、様々なタイプのサブ構造１５１１、１５１２、１５１３を使用して、特定のウェーハ処理ステップ、又は（任意選択でリソグラフィステップと組み合わされる）異なる処理ステップの組み合わせによって引き起こされるオーバーレイエラーを測定することが可能である。
[000129] 以下の番号付けされた各条項において、更なる実施形態を開示する。
１．基板上の少なくとも１つの構造に関連する関心対象特性を算出するメトロロジ装置であって、
センサに当たる放射線の特性を検出するセンサと、
光源から受け取った放射線で少なくとも１つの構造を照明するように構成された光学系であって、少なくとも１つの構造によって散乱された放射線を受け取ることと、受け取った放射線をセンサまで伝搬させることと、を行うように構成された光学系と、
を含むメトロロジ装置。
２．光学系は、光源から基板上の構造までの照明経路と、基板上の構造からセンサまでの検出経路と、を含み、任意選択で、照明経路の一部分が検出経路と重なり合う、条項１に記載のメトロロジ装置。
３．
センサは光学系の像面に配置されるか、像面の共役面に配置され、
光学系は少なくとも１つの構造をセンサ上に結像するように構成されており、
任意選択で、構造のフィーチャが、センサ上に形成された像において個別に識別されることが可能である、
条項１及び２の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
４．光学系は、散乱した放射線の０次回折放射線の、センサに向かう伝搬を阻止するように構成されている、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
５．光学系は、散乱した放射線の０次回折の、センサに向かう伝搬をブロックするブロック素子を含む、条項４に記載のメトロロジ装置。
６．ブロック素子は第１の位置において制御可能であり、第１の位置では、ブロック素子は、散乱した放射線の０次回折の、センサに向かう伝搬をブロックするように動作可能であり、ブロック素子は第２の位置において制御可能であり、第２の位置では、ブロック素子は、散乱した放射線の０次回折の、センサに向かう伝搬をブロックしない、条項４に記載のメトロロジ装置。
７．ブロック素子は、０次回折をセンサに向かわない方向に反射するミラーである、条項５及び６の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
８．ミラーは０次回折を別のセンサに向けて反射し、任意選択で、別のセンサ上に構造の明視野像を生成する為に、ミラーと別のセンサとの間に結像レンズが設けられる、条項７に記載のメトロロジ装置。
９．関心対象特性は、基板上の第１の層と第２の層との間のオーバーレイ値であり、少なくとも１つの構造は、第１の層及び第２の層にフィーチャを含む、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
１０．
少なくとも１つの構造が、第１の層の第１の領域にフィーチャの繰り返し構造を含むか、
少なくとも１つの構造が、第２の層の第２の領域にフィーチャの繰り返し構造を含むか、
任意選択で、第１の層におけるフィーチャのピッチが、第２の層におけるフィーチャのピッチとほぼ同じであるか、
のうちの少なくとも何れかである、条項９に記載のメトロロジ装置。
１１．
基板を上から見て、第１の領域及び第２の領域が少なくとも部分的にでも重なり合っていないか、
第１の領域及び第２の領域が互いに隣接しているか、
基板を上から見て、第１の領域及び第２の領域が重なり合っていないか、
のうちの少なくとも何れかである、条項１０に記載のメトロロジ装置。
１２．
算出システムを更に含み、算出システムは、
センサ上に記録されている像を表す信号をセンサから受け取るように構成されており、
基板の第１の層にあるフィーチャの、基板の第２の層にあるフィーチャに対する変位であって、像に基づいて算出される変位に基づいて、オーバーレイ値を算出するように構成されている、
先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
１３．光学系は１つ以上のレンズを含み、１つ以上のレンズのうちの少なくとも１つのサブセットが、光源からの受け取った放射線を基板上の１つのスポットにフォーカスさせるように構成されており、レンズのうちの少なくとも別のサブセットが、少なくとも１つの構造によって散乱された放射線をセンサまで伝搬させるように構成されている、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
１４．１つ以上のレンズは、少なくとも１つの構造をセンサ上に結像するように構成されている、条項１３に記載のメトロロジ装置。
１５．１つ以上のレンズは収差が小さい、条項１３及び１４の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
１６．光学系は、開口数が０．５より大きく、又は任意選択で０．７より大きく、又は任意選択で０．９より大きい、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
１７．光学系の開口数が、散乱放射線の±１次回折の少なくとも一方を捕捉してセンサまで伝搬させるのに十分な大きさである、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
１８．光源を更に含む、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
１９．光源は、波長範囲が２００ｎｍ～２０００ｎｍ、又は任意選択で３００ｎｍ～１５００ｎｍ、又は任意選択で４００ｎｍ～８００ｎｍである１つ以上の波長を有する放射線を発生させるように構成されている、条項１８に記載のメトロロジ装置。
２０．光源は、使用時には、５０ワット超、又は任意選択で１５０ワット超、又は任意選択で２５０ワット超、又は任意選択で１０００ワット超の電力を有する放射線を発生させるように構成されている、条項１８及び１９の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
２１．センサは、信号／ノイズレベルが１超、又は任意選択で１０超である、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
２２．センサは、当たった放射線の像を生成する画素のアレイを含む、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
２３．光学系は、少なくとも１つの構造を照明する放射線を偏光させる第１のポラライザを含み、第１のポラライザは照明経路に設けられている、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
２４．光学系は、特定の偏光を有する散乱放射線の、センサまでの伝搬を可能にする第２のポラライザを含み、第２のポラライザは検出経路に設けられている、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
２５．第１のポラライザ及び第２のポラライザの少なくとも一方が、偏光制御信号の形での指示に応じて、特定の偏光を有する放射線の伝搬を可能にすることが可能な制御可能ポラライザである、条項２３又は２４の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
２６．光学系は、一波長範囲内の放射線の伝搬を可能にする波長フィルタを含み、波長フィルタは、光学系の照明経路及び検出経路の少なくとも一方に設けられている、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
２７．波長フィルタは、波長制御信号に応じて、選択可能な波長範囲の放射線の伝搬を可能にすることが可能な制御可能波長フィルタである、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
２８．光学系及び／又は光源は、光学系が散乱放射線の少なくとも１つの高次回折を捕捉してセンサまで伝搬させることを結果としてもたらす波長を有する放射線で、少なくとも１つの構造を照明することを可能にするように構成されている、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
２９．光学系及び／又は光源は、少なくとも１つの構造を複数の波長で照明することを可能にするように構成されている、先行する条項の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
３０．基板上の少なくとも１つの構造に関連する関心対象特性を算出する方法であって、
光学系の照明経路を介して、構造を放射線で照明することと、
光学系の検出経路を介して、構造によって散乱された放射線をセンサ上で受け取ることと、
を含む方法。
３１．基板上の少なくとも１つの構造に関連する関心対象特性を算出する方法であって、関心対象特性は、基板上の第１の層と第２の層との間のオーバーレイ値であり、少なくとも１つの構造は、第１の層及び第２の層にフィーチャを含み、
光学系を介して、構造を放射線で照明することと、
構造によって散乱された放射線を光学系で受け取ることであって、光学系は、光学系の像面、又は像面の共役面にセンサを含む、受け取ることと、
散乱した放射線の０次回折の、センサに向かう伝搬を阻止しながら、光学系によって少なくとも１つの構造をセンサ上に結像することと、
センサで像を記録することと、
基板の第１の層にあるフィーチャの、基板の第２の層にあるフィーチャに対する変位であって、像に基づいて算出される変位に基づいて、オーバーレイ値を算出することと、
を含む方法。
[000130] 本明細書では、リソグラフィ装置をＩＣの製造で使用することが具体的に参照されているが、本明細書に記載のリソグラフィ装置は、他の用途を有し得ることが理解されるべきである。可能な他の用途として、一体型光学系、磁区メモリのガイダンスパターン及び検出パターン、平面パネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造がある。
[000131] 本明細書では、本発明の実施形態をリソグラフィ装置に関連して具体的に参照している場合があるが、本発明の実施形態は、他の装置で使用され得る。本発明の実施形態は、マスク検査装置、メトロロジ装置或いはウェーハ（若しくは他の基板）又はマスク（若しくは他のパターニングデバイス）等の物体を測定又はプロセスする任意の装置の一部をなし得る。これらの装置は、まとめてリソグラフィツールと呼ばれ得る。そのようなリソグラフィツールは、真空条件又は周囲（非真空）条件を用い得る。
[000132] 本発明の実施形態を光リソグラフィに関連して使用することをここまで具体的に参照してきたが、本発明は、文脈が許す限り、光リソグラフィに限定されず、他の用途で使用され得、例えばインプリントリソグラフィで使用され得ることが理解される。
[000133] ここまで本発明の特定の実施形態について説明してきたが、当然のことながら、本発明は、説明された以外の方法で実施され得る。上述の説明は、限定的ではなく、例示的であるものとする。従って、当業者であれば明らかなように、以下に示される特許請求項の範囲から逸脱しない限り、記載された本発明に対する修正形態がなされ得る。

Claims (15)

  1. 基板上の少なくとも１つの構造に関連する関心対象特性を算出するメトロロジ装置であって、前記関心対象特性は、前記基板上の第１の層と第２の層との間のオーバーレイ値であり、前記少なくとも１つの構造は、前記第１の層にあるフィーチャと、前記第２の層にあるフィーチャとを含み、
    センサに当たる放射線の特性を検出する前記センサと、
    光源から受け取った放射線で前記少なくとも１つの構造を照明するように構成された光学系であって、前記光学系は、前記少なくとも１つの構造によって散乱された放射線を受け取ることと、前記受け取った放射線を前記センサまで伝搬させることと、を行うように構成されており、前記光学系は、前記少なくとも１つの構造を前記センサ上に結像するように構成されており、前記光学系は、第１の動作モードにおいて、前記散乱した放射線の０次回折放射線の、前記センサに向かう伝搬を阻止するように構成されており、前記センサは、前記光学系の像面に配置されるか、前記像面の共役面に配置される、前記光学系と、
    前記センサ上に記録されている像を表す信号を前記センサから受け取るように構成されており、且つ、前記基板の前記第１の層にある前記フィーチャの、前記基板の前記第２の層にある前記フィーチャに対する変位に基づいて、前記オーバーレイ値を算出するように構成されている算出システムと、
    を含むメトロロジ装置。
  2. 前記構造のフィーチャは、前記算出システムによって受け取られた前記像において個別に識別されることが可能である、請求項１に記載のメトロロジ装置。
  3. 前記光学系は、前記散乱した放射線の前記０次回折の、前記センサに向かう伝搬をブロックするブロック素子を含む、請求項１～２の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  4. 前記光学系は、前記第１の動作モード又は第２の動作モードで動作するように構成されており、前記第１の動作モードでは、前記ブロック素子は第１の位置において制御可能であり、前記第１の位置では、前記ブロック素子は、前記散乱した放射線の前記０次回折の、前記センサに向かう伝搬をブロックするように動作可能であり、前記第２の動作モードでは、前記ブロック素子は第２の位置において制御可能であり、前記第２の位置では、前記ブロック素子は、前記散乱した放射線の前記０次回折の、前記センサに向かう伝搬をブロックしない、請求項１～３の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  5. 前記ブロック素子は、前記０次回折を前記センサに向かわない方向に反射するミラーである、請求項３及び４の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  6. 前記ミラーは前記０次回折を別のセンサに向けて反射し、任意選択で、前記別のセンサ上に前記少なくとも１つの構造の明視野像を生成する為に、前記ミラーと前記別のセンサとの間に結像レンズが設けられる、請求項５に記載のメトロロジ装置。
  7. 前記少なくとも１つの構造が、前記第１の層の第１の領域にフィーチャの繰り返し構造を含むか、
    前記少なくとも１つの構造が、前記第２の層の第２の領域にフィーチャの繰り返し構造を含むか、
    任意選択で、前記第１の層における前記フィーチャのピッチが、前記第２の層における前記フィーチャのピッチとほぼ同じであるか、
    のうちの少なくとも何れかである、請求項１～６の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  8. 前記基板を上から見て、
    前記第１の領域及び前記第２の領域が少なくとも部分的にでも重なり合っていないか、
    前記第１の領域及び前記第２の領域が互いに隣接しているか、
    前記第１の領域及び前記第２の領域が重なり合っていないか、
    のうちの少なくとも何れかである、請求項７に記載のメトロロジ装置。
  9. 前記光学系は１つ以上のレンズを含み、前記１つ以上のレンズは収差が小さく、任意選択で、前記１つ以上のレンズは、収差がλ／２０より小さく、任意選択で、前記１つ以上のレンズは、収差がλ／１００より小さい、請求項１～８の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  10. 前記光学系は、開口数が０．５より大きく、又は任意選択で０．７より大きく、又は任意選択で０．９より大きい、請求項１～９の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  11. 前記光源を更に含み、任意選択で、前記光源は、
    前記放射線は、波長範囲が２００ｎｍ～２０００ｎｍ、又は任意選択で３００ｎｍ～１５００ｎｍ、又は任意選択で４００ｎｍ～８００ｎｍである１つ以上の波長を有するという特性と、
    前記放射線は、電力が５０ワット超、又は任意選択で１５０ワット超、又は任意選択で２５０ワット超、又は任意選択で１０００ワット超であるという特性と、
    のうちの少なくとも一方を有する放射線を発生させるように構成されている、請求項１～１０の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  12. 前記光学系は、前記少なくとも１つの構造を照明する前記放射線を、第１の偏光に従って偏光させる第１のポラライザを含み、任意選択で、前記光学系は、特定の第２の偏光を有する散乱放射線の、前記センサまでの伝搬を可能にする第２のポラライザを含む、請求項１～１１の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  13. 前記光学系は、一波長範囲内の放射線の伝搬を可能にする波長フィルタを含む、請求項１～１２の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  14. 前記光学系及び／又は前記光源は、前記少なくとも１つの構造を複数の波長で照明することを可能にするように構成されている、請求項１～１３の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
  15. 基板上の少なくとも１つの構造に関連する関心対象特性を算出する方法であって、前記関心対象特性は、前記基板上の第１の層と第２の層との間のオーバーレイ値であり、前記少なくとも１つの構造は、前記第１の層及び前記第２の層にフィーチャを含み、
    前記構造を放射線で照明することと、
    前記構造によって散乱された放射線を光学系で受け取ることであって、前記光学系は、前記光学系の像面、又は前記像面の共役面にセンサを含む、前記受け取ることと、
    前記散乱した放射線の０次回折の、前記センサに向かう伝搬を阻止しながら、前記光学系によって前記少なくとも１つの構造を前記センサ上に結像することと、
    前記センサで像を記録することと、
    前記像に基づいて、前記基板の前記第１の層にある前記フィーチャの、前記基板の前記第２の層にある前記フィーチャに対する変位に基づいて、前記オーバーレイ値を算出することと、
    を含む方法。
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